Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci umístili buňku na nosník, který osciloval pomocí laserového paprsku modulovaného na jeho rezonanční frekvenci.
Švýcarští a britští vědci dokázali pomocí miniaturního vibrujícího nosníku monitorovat změny hmotnosti lidské buňky. Jejich metoda slibuje řadu aplikací, například by mohla přinést nové poznatky o působení různých léků nebo o chování nádorových buněk.
Biologie se měřením buněk živých organismů zabývá už několik desetiletí. Určit přesnou hmotnost buňky je však velmi obtížné a pro tento účel dosud nebyla vyvinuta žádná dostatečně vhodná metoda. Zhruba půl století se k měření využívá tzv. průtoková cytometrie. Ta dokáže určit rozměry buněk prostřednictvím měření změn v elektrickém odporu anebo skrze optické vlastnosti buněk unášených v proudu kapaliny. Tato metoda má však značná omezení. Měří objem buňky, a nikoliv hmotnost, takže se s její pomocí nedají zjistit změny hustoty buňky. V rámci cytometrie také není možné sledovat změny buněk za krátký čas. A konečně, buňky odstraněné z tkání a umístěné do roztoku se mohou chovat jinak, než když jsou ve svém přirozeném prostředí.
Malé hmotnosti se dají měřit použitím miniaturního nosníku, který se využívá u některých typů skenovacích mikroskopů. Pokud je hmotnost připojena k volnému konci nosníku, rezonanční frekvence klesne a tento pokles se dá měřit. Na základě stejného principu už vědci měřili mechanické vlastnosti buněk, a to použitím piezoelektrických materiálů, které nosník řídily, nebo přímo využitím jejich přirozených teplotních oscilací. Šum těchto oscilací však omezuje citlivost nosníku na malé změny hmotnosti buňky.
Fyzici z ETH v Curychu společně s britskými biology umístili buňku na nosník, který pak vlivem laserového paprsku modulovaného na jeho rezonanční frekvenci začal oscilovat. Druhý laser sloužil k měření aktuálního kmitočtu oscilací a elektronická zpětná vazba nastavovala modulační kmitočet tak, aby byl nosník vždy v rezonanci.
Aby bylo možné měřit změny rezonanční frekvence, je nutné na nosníku excitovat dostatečně velké oscilace, ale zároveň nesmí dojít k tomu, aby se buňka zahřála a došlo ke změně jejích vlastností. Díky tomu, že vědci detekovali oscilace s amplitudou pouhých 0,1 nm, mohli použít laserový výkon v řádu mikrowatů, a tak udržovat nosník v požadované teplotě po dobu několika dní.
Nová metoda vědcům umožnila monitorovat změny hmotnosti buňky kolem 15 pg (to je přibližně 1 – 4 % celkové hmotnosti buňky) s časovým rozlišením 10 ms. Tým studoval i odezvu buňky na virovou infekci. Za 40 hodin se hmotnost zdravé buňky začala zvyšovat s tím, jak buňka začala růst a dělit se. Hmotnost infikované buňky se však nezvyšovala, což vědce překvapilo, jelikož předpokládali, že buňka, která produkuje viry, bude zároveň růst.
Fyzici věří, že nová metoda má reálnou šanci na praktické využití a že by mohla přinést řadu nový poznatků o tom, jak buňka reguluje svou hmotnost, jak se vyvíjí nebo jak reaguje na onemocnění.
Původní materiál byl uveřejněn v Science.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz
