Дослідники розробили ваги, які можуть зважувати живі клітини в реальному часі. Так уперше з’явилася змога виявляти крихітні зміни маси живих клітин – і це з роздільною здатністю до мілісекунд і мільярдних грама. Вже перші тести виявили несподіване: маса живих клітин у ссавців постійно флуктує в такт із секундою. Ця незначна осциляція відображає процеси клітинного обміну речовин, інформують учені в журналі Nature.
Дослідники розробили ваги, які можуть зважувати живу клітину в реальному часі. Зображення: Martin Oeggerli, micronaut.ch / ETH Zürich / Uni Basel.
Чи дощовий черв’як, чи соняшник, чи людина – всі складаються з клітин. Форма, розмір і вага цих найменших одиниць життя – вирішальні для процесів обміну речовин, що відбуваються в них усередині. Власне вага живих клітин і її зміни можуть надати цінну інформацію про те, що відбувається всередині цих крихітних структур.
Проте дотепер було неможливо точно виміряти ці зміни в реальному часі. Просто не існувало жодної придатної для цього технології.
Та зараз вона з’явилася. Під керівництвом Даніеля Мюллера (Daniel Müller) його колеги з Федеральної вищої технічної школи Цюріха (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), Базельського університету, Університетського коледжу Лондона розробили клітинні ваги нового покоління, які, власне, призначені вимірювати масу живих клітин у реальному часі.
Для зважування клітину, що зазвичай важить від двох до трьох нанограмів, під контрольованими умовами помістили в камеру клітинної культури. У неї помістили й ваги, що становлять собою надтонку, прозору, покриту колагеном або фібронектином кремнієву пластину, що зменшується донизу. Коли до неї потрапляє клітина, вона її вимірює та фільмує.
«Під час вимірювань клітина висить на нижній частині крихітної консольної балки», – пояснив співавтор винаходу Готольд Флешнер (Gotthold Fläschner) з ВТШ Цюріха. Блакитний пульсуючий лазер змушує рухатися основу консолі. Інший, інфрачервоний лазерний промінь вимірює коливання на передньому краю, де висить клітина, – раз з клітиною, раз без неї.
«На підставі різниці двох коливань можна вирахувати масу клітини», – пояснив Давід Мартінес-Мартін (David Martínez-Martin), головний розробних клітинних ваг. Комп’ютерний екран відображає вагу та її зміни у вигляді кривої. Дослідники можуть її зчитувати впродовж всього часу вимірювань – чи це мілісекунди, чи дні – в реальному часі.
Так, наприклад, можна прослідкувати, як змінюється вага впродовж клітинних циклів і клітинних поділів, який вплив мають різні речовини на масу клітини або що стається, коли її вражає вірус.
З огляду на те, що апарат для вимірювання разом з клітинною культурою просто вмонтований у предметний столик флуоресцентного мікроскопа, є можливість, окрім маси, фільмувати все, що відбувається всередині клітини в цей час.
Вже перші вимірювання клітинних ваг виявили несподіване: «Ми встановили, що вага живих клітин постійно коливається на 1–4 %», – повідомив Мартінес-Мартін. Під дією енергетичного балансу та транспортування води клітини демонструють швидкі та делікатні флуктуації маси впродовж усього клітинного циклу. Натомість мертві клітини не засвідчують таких коливань у секундному діапазоні, повідомили біофізики.
Дослідники схвильовані: «Ми бачимо речі, яких ще ніхто до нас не бачив», – сказав Флешнер. Клітинні ваги цікаві не лише для фундаментальних досліджень у галузі клітинної біології, а й для медицини та фармацевтичної індустрії. З їхньою допомогою можна досліджувати хворобливий ріст клітин або тестувати вплив медикаментів на клітинний обмін речовин.
Також фахівці-матеріалознавці виявили свій інтерес. «Тут йдеться передусім про так звану функціоналізацію наночастинок, тобто про зміну поверхонь дуже маленьких частинок», – пояснив Мартінес-Мартін.
Дослідники запатентували свій метод зважування. Швейцарська фірма «Nanosurf AG» як ліцензіат уже працює над серійним виробництвом приладів. Шанси, що науковці найрізноманітніших дисциплін скоро зможуть користуватися клітинними вагами, вважають непоганими.
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), 27/10/2017
Зреферувала Соломія Кривенко
30.10.2017