Πόσο ζυγίζει ένα ζωντανό κύτταρο; How much does life weigh?

Νανοζυγαριά μετρά το βάρος ζωντανών μεμονωμένων κυττάρων. A human cell is attached to a cantilever: ETH Zurich researchers have developed a highly sensitive scale that measures the weight of a single cell. Credit: Martin Oeggerli, micronaut.ch / ETH Zurich / University of Basel

Επιστήμονες στην Ελβετία δημιούργησαν μια μικροσκοπική ζυγαριά, η οποία είναι για πρώτη φορά ικανή να ζυγίσει ένα μόνο ζωντανό κύτταρο γρήγορα και εύκολα. Η συσκευή μπορεί να υπολογίσει τις παραμικρές αλλαγές στο βάρος ενός κυττάρου σε πραγματικό χρόνο, μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου και με ακρίβεια τρισεκατομμυριοστών του γραμμαρίου. Μέχρι σήμερα ήταν αδύνατο να μετρηθεί το βάρος των βασικών μονάδων της ζωής και πώς αυτό μεταβάλλεται διαχρονικά, επειδή δεν υπήρχε το κατάλληλο εργαλείο μέτρησης.

Το επίτευγμα προέρχεται από ερευνητές του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας (ΕΤΗ) της Ζυρίχης, με επικεφαλής τον καθηγητή βιοφυσικής Ντάνιελ Μίλερ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature». Οι μετρήσεις γίνονται με τη βοήθεια λέιζερ που μετρούν τις ανεπαίσθητες κινήσεις ταλάντωσης του κυττάρου. Οι αποκλίσεις ανάμεσα σε δύο διαφορετικές μετρήσεις επιτρέπουν τον υπολογισμό της μάζας του. Οι ενδείξεις εμφανίζονται σε μια οθόνη υπολογιστή και το ζύγισμα μπορεί να κρατήσει για ώρες ή και για μέρες. Η ζυγαριά είναι δυνατό να συνδυασθεί με ένα μικροσκόπιο φθορισμού, επιτρέποντας έτσι στους επιστήμονες να παρακολουθούν και να βιντεοσκοπούν τις βιοχημικές διαδικασίες στο εσωτερικό του κυττάρου και πώς αυτές επηρεάζουν το βάρος του.

Οι έως τώρα παρατηρήσεις δείχνουν ότι κάθε δευτερόλεπτο το βάρος ενός ζωντανού κυττάρου -που συνήθως ζυγίζει δύο έως τρία νανογραμμάρια (δισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου)- συνεχώς αυξομειώνεται, σε ποσοστό 1% έως 4%, κάτι που σταματά μόνο με το θάνατο του κυττάρου. Κανείς δεν είχε μέχρι σήμερα παρατηρήσει κάτι τέτοιο.

Η ζυγαριά μπορεί μελλοντικά να βοηθήσει στη μελέτη των παθολογικών μηχανισμών μέσα σε ένα άρρωστο κύτταρο ή των επιπτώσεων ενός νέου φαρμάκου στο κύτταρο. Εκτός από το πεδίο της βιοϊατρικής, ερευνητές στο πεδίο των νέων υλικών μπορούν να αξιοποιήσουν τη νέα συσκευή για να ζυγίζουν νανοσωματίδια.

This video illustrates the general working principle of the Cytomass Monitor: a cell is attached to the Cytomass Monitor's cantilever, which in turn is allowed to vibrate with very low amplitudes via photothermal-excitation. Cell mass can be derived with high accuracy, and can be monitored over long periods of time in physiological conditions. Credit: NanosurfVideo

Η νανοζυγαριά θα αρχίσει να κατασκευάζεται από την ελβετική εταιρεία Nanosurf AG, που κατέχει τη σχετική τεχνολογική πατέντα.

Πηγές: David Martínez-Martín et al. Inertial picobalance reveals fast mass fluctuations in mammalian cells, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature24288 - http://www.amna.gr/home/article/201422/Nanozugaria-metra-to-baros-zontanon-memonomenon-kuttaron