Как фотография яблока вдохновила на улучшение анализа клеток
Исследователи из ETH Zurich разработали технологию, способную детально и индивидуально идентифицировать огромное количество свойств клеток в малом масштабе, что особенно важно для поиска небольшого числа патогенных клеток среди миллионов.
Комбинация технологий
Группа под руководством профессора Эндрю деМелло значительно усовершенствовала метод проточной цитометрии. Их новая платформа на основе визуализации измеряет клетки и их свойства быстрее, в больших количествах и точнее, чем современные цитометры. Работа опубликована в журнале Chem.
Метод сочетает возможности микрофлюидики, высокочувствительных оптических методов детекции и сверхбыстрой съемки. Это обеспечивает сверхвысокую пропускную способность — более 50 000 клеток в секунду. Для сравнения: стандартные флуоресцентные цитометры измеряют 100–20 000 клеток в секунду, а цитометры с визуализацией — до 4 000 клеток в секунду.
Как это работает
Цитометр состоит из трех частей:
- Клетки выстраиваются в линию.
- Микрофлюидный поток направляет их с высокой скоростью по серпантинному микроканалу в зону детекции.
- Высокоскоростная камера регистрирует их размер, форму и структуру по световым эффектам. После этого клетки можно сортировать по свойствам.
Особенность подхода — клетки проходят через несколько параллельных петель, что позволяет камере точно регистрировать большое их количество и увеличивает скорость работы.
Типы изображений и решение проблемы смаза
Технология позволяет получать три типа изображений:
- Темнопольные — информация о форме и структуре клетки.
- Светлопольные — информация о размере клетки.
- Флуоресцентные — информация о внешнем виде и внутренней структуре клетки.
Для решения проблемы смазывания изображений при высокой скорости потока исследователи применили стробоскопическую подсветку. Этот метод, прославившийся благодаря изобретателю Гарольду Эджертону ("Папа Флэш"), разбивает непрерывный поток клеток на последовательность стоп-кадров, подобно замедленной съемке. Это позволяет четко регистрировать отдельные клетки, движущиеся со скоростью полметра в секунду.
Тестирование и перспективы
Для проверки производительности метода команда проанализировала большую популяцию клеток и дифференцировала живые, умирающие и мертвые клетки на основе их флуоресценции. В дальнейшем исследователи планируют адаптировать метод для бактериологических, нанонаучных и промышленных применений.