Imagistica pur electrică, o alternativă inovatoare pentru urmărirea mișcării celulelor
Cercetătorii de la Universitatea Brown au dezvoltat o metodă nouă de imagistică a dinamicii migrației celulare, proces important pentru înțelegerea unor fenomene critice precum metastaza cancerului, vindecarea rănilor și răspunsul imunitar.
Tehnica, descrisă într-un studiu publicat în revista Lab on a Chip, folosește o matrice de un milion de electrozi microscopici pe care celulele sunt plasate într-o soluție nutritivă lichidă. Sistemul urmărește mișcarea celulelor prin capacitate electrică, ceea ce îl face o alternativă promițătoare la microscoapele optice și imagistica prin fluorescență, metode mai complicate care pot deteriora celulele și pot afecta comportamentul acestora.
„Celulele care se mișcă sunt foarte greu de urmărit, deoarece își schimbă forma și se deplasează rapid, astfel încât analiza computațională poate fi destul de predispusă la erori”, a declarat Hyuntae Jeong, cercetător postdoctoral în cadrul Școlii de Inginerie a Universității Brown și co-prim autor al studiului. „Celulele trebuie adesea marcate cu coloranți fluorescenti pentru a putea fi văzute, dar coloranții pot provoca daune ADN-ului, ceea ce ar putea afecta modul în care se mișcă sau chiar cauza moartea celulelor.”
Urmărirea mișcării prin contact electric
Noua tehnică poate urmări celulele fără a le perturba și fără ore petrecute privind prin microscop. Microelectrozii sunt aranjați pe un microcip pătrat cu laturile de aproximativ 1,3 centimetri. Când celulele plasate pe cip se prind de suprafață pentru a se deplasa, contactul afectează proprietățile electrice din apropierea suprafeței cipului. Prin măsurarea unor modificări minuscule ale capacității electrice, dispozitivul poate urmări cu precizie fiecare celulă în timp ce se mișcă pe matrice.
„Folosind capacitatea în locul luminii, senzorul nostru ne permite să observăm migrația celulară fără marcare, ceea ce poate reduce artefactele nedorite”, a declarat Pushkaraj Joshi, co-prim autor, fost cercetător postdoctoral în inginerie, în prezent cercetător asociat senior în Departamentul de Fizică al Universității Brown.
Jacob Rosenstein, profesor asociat de inginerie care a co-condus studiul, spune că abordarea seamănă oarecum cu scanerele de amprente folosite pentru autentificarea identității persoanelor. „Există diferențe de capacitate electrică între crestele unei amprente și spațiile dintre ele, iar asta citesc unele scanere”, a explicat el. „Este un concept similar aici. Detectăm diferențele de capacitate electrică între zonele în care celulele ating suprafața și cele în care nu o ating, pe măsură ce se deplasează în timp.”
De la celule individuale la țesuturi complexe
În testele de laborator, cercetătorii au arătat că tehnica poate urmări cu succes mișcarea celulelor canceroase de sân uman și poate surprinde evenimentele de diviziune celulară pe măsură ce acestea au loc. Studiul a arătat de asemenea că cipul poate releva dinamica sferoizilor multicelulari, surprinzând mișcarea „celulelor lider” de la marginile exterioare ale clusterelor, pe măsură ce aceste celule încep să migreze spre exterior. În plus, cercetătorii au reușit să imagineze țesuturi în formă de fagure compuse din sute de mii de celule, demonstrând că tehnica poate rezolva golurile și limitele cauzate de schimbări complexe de formă.
Imagistică portabilă fără lentile sau coloranți
Dispozitivul ar putea fi produs în masă la un cost relativ scăzut, spun cercetătorii, și are mai multe avantaje față de tehnicile tradiționale de imagistică cu microscopul. Zona relativ mare a senzorului permite imagistica unor țesuturi mari fără a fi nevoie să se combine mai multe imagini, operațiune adesea necesară în microscopia optică. Pe lângă eliminarea necesității marcării fluorescente care poate deteriora celulele, sistemul este și ușor de transportat.
„Unul dintre motivele pentru care credem că acest lucru este interesant este că nu are deloc lentile, surse de lumină sau optică, deci este foarte mic și ușor”, a spus Rosenstein. „Este portabil într-un mod în care multe microscoape convenționale nu sunt.”
Ar putea oferi, de asemenea, o alternativă la tehnici mai laborioase. „Celulele apar frumos în imaginea de capacitate și pot fi urmărite automat”, a declarat Ian Y. Wong, profesor asociat de inginerie care a co-condus proiectul. „Aceste videoclipuri sunt mult mai ușor de analizat decât ceea ce obținem de obicei de la microscopia prin fluorescență, unde trebuie mereu să reglăm fin procesarea imaginii.”
Detalii de publicare
Studiul, intitulat „Label-Free All-Electrical Tracking of Individual and Collective Cell Migration on a Megapixel CMOS Capacitance Sensor”, a fost publicat în revista Lab on a Chip. DOI: 10.1039/d6lc00530f
