I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato una scala per misurare le cellule. Permette il peso delle singole cellule viventi, e qualsiasi cambiamento in questo peso, da determinare in modo rapido e preciso per la prima volta. L'invenzione ha inoltre suscitato notevole interesse sia all'interno che all'esterno del campo della biologia.

Dai lombrichi e i girasoli agli esseri umani, siamo tutti fatti di cellule, quindi non sorprende che i ricercatori siano al lavoro per indagare su questi elementi costitutivi della vita. Hanno già scoperto molti dei loro segreti, ma fino ad ora, non è stato possibile misurare il peso delle cellule viventi e come cambia in tempo reale, in quanto non esisteva un metodo di misurazione adeguato.

Nuova scala cellulare ad alta risoluzione

Ora le cose sono cambiate:in collaborazione con Christoph Gerber e Sascha Martin dell'Università di Basilea e Jason Mercer dell'University College London, scienziati del gruppo di ricerca sulla biofisica, guidato dal professore dell'ETH Daniel J Müller, hanno sviluppato una nuova scala cellulare. Ciò non solo consente loro di misurare la massa delle cellule viventi in un tempo molto breve, ma anche per monitorare come il loro peso cambia nel tempo. Possono farlo con una risoluzione di millisecondi e trilionesimi di grammo.

Le cellule, che di solito pesano da due a tre nanogrammi, vengono pesati in condizioni controllate in una camera di coltura cellulare. Il braccio di pesatura, un sottilissimo wafer, cantilever in silicone trasparente rivestito di collagene o fibronectina, è calato sul pavimento della camera, dove spinge e prende una cella. "La cella è appesa sul lato inferiore di un minuscolo cantilever per le misurazioni, " dice il dottorando Gotthold Fläschner, che ha co-inventato e condotto la maggior parte degli esperimenti utilizzando la nuova scala.

Osservare contemporaneamente il peso e l'attività cellulare

Il cantilever microscopico è indotto a oscillare leggermente per mezzo di un laser blu pulsante alla sua estremità fissa. Un secondo, il laser a infrarossi misura le oscillazioni all'altra estremità, dove pende la cella, prima senza e poi con la cella. "La massa della cellula può essere calcolata dalla differenza tra le due oscillazioni, " spiega David Martínez-Martín, principale inventore della scala cellulare.

Lo schermo di un computer mostra il peso variabile come una curva. Le letture possono essere prese da questo durante l'intero periodo di misurazione, che si tratti di millisecondi o giorni. Come l'apparato di misura, compresa la coltura cellulare, è montato direttamente sulla piastra portaoggetti di un microscopio a fluorescenza ad alte prestazioni, è anche possibile osservare e filmare i processi interni della cellula durante le misurazioni.

Il peso delle cellule viventi varia

Ciò consente ai ricercatori di monitorare, Per esempio, come cambia il peso durante il ciclo cellulare e la divisione cellulare, l'influenza che varie sostanze hanno sulla massa cellulare, e cosa succede quando viene infettato da un virus. Martínez-Martín e Fläschner hanno effettuato molti di questi esperimenti.

Un'osservazione particolarmente degna di nota:"Abbiamo stabilito che il peso delle cellule viventi fluttua continuamente di circa l'1-4 percento mentre regolano il loro peso totale, " afferma Martínez-Martín. Gli errori di misurazione sono stati esclusi:i biofisici sono stati in grado di dimostrare che le cellule fermano queste fluttuazioni secondo per secondo solo dopo la morte. I ricercatori sono visibilmente eccitati. Fläschner:"Stiamo vedendo cose che nessun altro ha ancora osservato».

Alto interesse per la scala cellulare

C'è sempre un grande interesse quando gli scienziati dell'ETH riferiscono di un nuovo sviluppo. "La massa di una cellula è un ottimo indicatore della sua fisiologia, " spiega Martínez-Martín. Quindi ha senso che i biologi di tutte le bande siano interessati al nuovo metodo di misurazione. Potrebbe anche essere rilevante per i settori medico e farmaceutico, in quanto potrebbe essere utilizzato per studiare la crescita patologica delle cellule e l'influenza dei farmaci su questa crescita.

Più sorprendentemente, anche gli scienziati dei materiali sono interessati al dispositivo. "Per loro, riguarda la funzionalizzazione delle nanoparticelle – in altre parole, modificando la superficie di particelle molto piccole, " afferma Martínez-Martín.

Gli scienziati stanno ora presentando la loro invenzione a un vasto pubblico scientifico per la prima volta nella rivista Natura . Il nuovo metodo di pesatura è stato brevettato; ciò nonostante, le possibilità che gli scienziati di varie discipline possano presto utilizzare da soli la nuova promettente scala cellulare sono buone. Il licenziatario, società svizzera Nanosurf AG, sta già lavorando per mettere in produzione il dispositivo.