Van buiten naar binnen: een snelle en nauwkeurige totaalbeoordelingsmethode voor cellen

Een goed oog voor detail is een essentiële vaardigheid voor veel beroepen. Met name biologen gebruiken speciale technieken en geavanceerde technologie om individuele cellen met ongekende precisie te analyseren. Impedantiecytometrie is een experimentele methode die specifieke kenmerken van levende afzonderlijke cellen kan onthullen. Deze techniek vereist elektrische penetratie, waarbij hoogfrequente stroom vrij door het celmembraan kan gaan, zonder de cel te beschadigen. Nu hebben onderzoekers uit Japan optimale omstandigheden bepaald om impedantiecytometrie uit te voeren. Hun werk kan leiden tot een snelle beoordeling van cellen tijdens het kweken in biologische experimenten.

Een verbeterde methode voor het meten van de morfologie en biomassa van afzonderlijke cellen met behulp van impedantiecytometrie is geïntroduceerd in een recent gepubliceerde studie in Microsystemen en nano-engineering. Impedantiecytometrie omvat het toepassen van hoogfrequente spanningen op elektroden om complexe impedantie te meten, die informatie kan verschaffen over de vorm en het effectieve volume van de cel. In het onderzoek gebruikten onderzoekers onder leiding van het Nara Institute of Science and Technology verschillende fasen van spanningssignalen op vier frequenties. Ze toonden aan dat aangelegde spanningen met frequenties van ongeveer 7 MHz door het membraan van Euglena gracilis-cellen kunnen gaan. Hogere frequenties kunnen veranderingen in biomassa volgen, terwijl lagere frequenties volumeveranderingen kunnen volgen.

Wanneer een hoogfrequent elektrisch veld het celmembraan binnendringt, kantelt de ongelijke intracellulaire distributie de impedantiepulsen naar links of rechts, wat is geverifieerd in simulatie en experimenten. “Uiteindelijk is onze methode voor het bepalen van de geleidbaarheid van het celmembraan afhankelijk van de mate van kanteling die wordt veroorzaakt door de elektrische pulsen”, zegt auteur Yoichiroh Hosokawa. Het team voerde ook kalibratiestudies uit met kralen om de onderliggende fysieke mechanismen van dit effect beter te begrijpen.

“Dit onderzoek maakt de eenvoudige bepaling van de elektrische penetratie van een celmembraan mogelijk, en het voorgestelde platform is toepasbaar op multiparameterbeoordeling van de toestand van het organisme tijdens de teelt”, zegt senior auteur Yaxiaer Yalikun. Dit platform kan eenvoudig worden geïntegreerd in microfluïdische systemen voor de schaalbare monitoring van biologische experimenten.

Aan de behoefte aan efficiënte en zeer nauwkeurige analyse van levende afzonderlijke cellen kan worden voldaan door deze nieuwe impedantiecytometriemethode die is ontwikkeld door het onderzoeksteam onder leiding van het Nara Institute of Science and Technology. Toekomstige toepassingen kunnen worden uitgebreid tot cellen in zoogdieren om specifieke membraanveranderingen op gebieden zoals oncogenese en celveroudering te volgen.