Ingenieurs van de ETH Zürich, Zwitserland, hebben een weegschaal voor cellen gemaakt, gebaseerd op een heel klein trillend balkje, waar een cel aan hecht. Door de extra massa van de cel verandert de resonantiefrequentie van het balkje. Met de weegschaal zijn al veranderingen gemeten van een paar procent in het gewicht van de cel.
De onderzoekers zijn daarmee de eersten die een techniek hebben bedacht om het gewicht van een cel – een paar nanogram – te bepalen met een precisie van een procent en op tijdsschalen van milliseconden tot dagen. Ze schrijven erover in het vakblad Nature.
Het meetbalkje is 135 x 40 x 2 µm en wordt door een blauwe laser (aan de kant waar het balkje vast zit) in trilling gebracht, met een frequentie in het kHz-bereik (zie figuur rechts). Een tweede laser meet de verplaatsing van het losse uiteinde van het balkje. Eerst doet hij dat zonder de cel, vervolgens met de cel die zich aan de onderkant van het balkje heeft gehecht. Uit het verschil tussen die twee frequenties is de massa van de cel te berekenen.
Microscoop
Dat is op zich al bijzonder, want om een cel te wegen waren tot nu toe altijd heel ingewikkelde en onhandige methoden nodig, waarbij de cel in een vloeistof moet worden ondergedompeld. De weegschaal van de Zwitsers heeft daarbij nog een groot voordeel: het balkje hangt in het verlengde van een fluorescentiemicroscoop, zodat onderzoekers veranderingen in het gewicht van een cel direct kunnen koppelen aan biologische veranderingen die ze in de cel waarnemen. Overigens goed om op te merken dat de hele weegschaal zich in een vloeibaar medium bevindt dat de omstandigheden benadert waarin cellen zich in het lichaam bevinden. Processen die in de cel worden waargenomen, vinden in het lichaam dus waarschijnlijk ook plaats.
Gewicht verandert
De uitvinders van de gevoelige weegschaal hebben hun opstelling ook al getest. Daaruit komen al een paar interessante resultaten naar voren. Zo zien ze dat het gewicht van een menselijke cel voortdurend een paar procent verandert, binnen een tijdsschaal van een paar seconden. Waarschijnlijk hangt dit samen met de productie van Adenosinetrifosfaat ATP, de belangrijkste brandstof van cellen en het daarmee samenhangende watertransport.
En als een cel wordt aangevallen door een virus valt de groei van de cel stil, zo blijkt uit andere metingen. Wel gaan de fluctuaties in gewicht door en die stoppen pas als de cel sterft. ‘We zien dingen die nog nooit zijn waargenomen’, zegt David Martínez-Martín, uitvinder van de weegschaal in een persbericht van zijn universiteit, de ETH Zürich.
Kankercellen
Volgens de bouwers is er grote belangstelling voor hun cellenweegschaal. Die komt uiteraard uit de hoek van de biologen, die graag meer willen snappen van het gedrag van de cel. Maar ook van medisch en farmaceutisch onderzoekers, die geïnteresseerd zijn in de groei van zieke cellen en kankercellen. Om die laatstgenoemde te lijf te gaan met allerlei heftige en dure geneesmiddelen, moet je eerst testen welk effect – bijvoorbeeld – een chemomiddel heeft op een cel.
De weegschaal is gepatenteerd en het Zwitserse bedrijf Nanosurf AG gaat de meettechniek in een apparaat stoppen dat op de markt moet komen.
Openingsbeeld Een menselijke cel op het balkje van de weegschaal. Bron: Martin Oeggerli, micronaut.ch / ETH Zurich / University of Basel. Bron figuur: Martínez-Martín et al., Nature, 2017.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.