Le misurazioni delle proprietà biomeccaniche all'interno delle cellule viventi richiedono metodi minimamente invasivi. Le pinzette ottiche sono particolarmente attraenti come strumento. Usano lo slancio della luce per intrappolare e manipolare particelle su micro o nanoscala. Un team di ricercatori guidato dalla prof.ssa Dr. Cornelia Denz dell'Università di Münster (Germania) ha ora sviluppato un metodo semplificato per eseguire la necessaria calibrazione delle pinzette ottiche nel sistema in esame. Sono stati coinvolti anche scienziati dell'Università di Pavia in Italia. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici .

La calibrazione garantisce che le misurazioni di campioni diversi e con dispositivi diversi siano comparabili. Una delle tecniche più promettenti per la calibrazione di pinzette ottiche in un mezzo viscoelastico è la cosiddetta calibrazione attiva-passiva. Si tratta di determinare la deformabilità del campione in esame e la forza delle pinzette ottiche. Il team di ricerca ha ora ulteriormente migliorato questo metodo in modo che il tempo di misurazione si riduca a pochi secondi. Il metodo ottimizzato offre quindi la possibilità di caratterizzare i processi dinamici delle cellule viventi. Questi non possono essere studiati con misurazioni più lunghe perché le cellule si riorganizzano durante la misurazione e cambiano le loro proprietà. Inoltre, l'accorciamento del tempo di misurazione aiuta anche a ridurre il rischio di danni ai campioni biologici dovuti al riscaldamento indotto dalla luce.

In termini semplificati, la procedura sottostante per eseguire la calibrazione funziona come segue:Le particelle di dimensioni micro o nanometriche sono incorporate in un campione viscoelastico tenuto sul tavolino di un microscopio. Spostamenti rapidi e precisi su scala nanometrica dello stadio del campione fanno oscillare la particella intrappolata otticamente. Misurando la luce laser rifratta, è possibile registrare i cambiamenti nella posizione del campione, e in questo modo, si possono trarre conclusioni sulle sue proprietà, come rigidità. Questo di solito viene fatto in sequenza a diverse frequenze di oscillazione. Il team guidato da Cornelia Denz e Randhir Kumar, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca di Münster, ora ha eseguito la misurazione a più frequenze contemporaneamente per un'ampia gamma di frequenze. Questo metodo multifrequenza porta a un tempo di misurazione ridotto di pochi secondi. Gli scienziati hanno utilizzato come campioni soluzioni di metilcellulosa in acqua a diverse concentrazioni. Questi hanno una viscoelasticità simile alle cellule viventi.

Proprietà biomeccaniche come rigidità, la viscosità e la viscoelasticità delle cellule e dei tessuti viventi svolgono un ruolo cruciale in molte funzioni cellulari vitali come la divisione cellulare, migrazione cellulare, differenziazione cellulare e patterning tissutale. Queste proprietà delle cellule viventi potrebbero anche servire come indicatori della progressione della malattia. Per esempio, l'insorgenza e lo sviluppo del cancro sono tipicamente accompagnati da cambiamenti nella rigidità cellulare, viscosità, e viscoelasticità.