Ученые используют вибрации внутри клеток для определения их механических свойств
Ученые из Университета Монреаля разработали уникальную технику для картирования эластичности компонентов внутри клетки с миллисекундным разрешением.
Клетки "дрожат". Подобно тому, как сейсмологи используют колебания Земли для характеристики ее глубинной структуры, ученые нашли способ использовать вибрации внутри клеток для определения их механических свойств. Так родилась область клеточной сейсмологии.
Технология "клеточной сейсмографической эластографии" описана в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Эластичность — фундаментальное свойство клеток, связанное с их анатомией, функцией и патологическим состоянием. Раковые опухоли становятся жесткими. Атеросклероз и сосудистые аневризмы начинаются с потери эластичности клеток и артерий.
До сих пор было сложно измерять механические изменения, непрерывно происходящие в клетках. Существующие методы (деформация клеток, атомно-силовая микроскопия, рассеяние Бриллюэна) могут занимать десятки минут для одного измерения, что слишком медленно для отслеживания быстрых процессов, таких как ионные переносы, стимуляция нейронов или гибель клеток.
Новый метод использует простое оборудование: стандартный микроскоп, микропипетки и высокоскоростную камеру. С его помощью ученые в реальном времени наблюдали смещения и силы в ооцитах мыши.
В экспериментах исследователи наблюдали механические вибрации в клетке длительностью менее тысячной доли секунды, благодаря камере, способной снимать 200 000 кадров в секунду (для сравнения: в кино обычно 25 кадров в секунду).
Процесс измерения:
- С помощью пьезоэлектрического актуатора на микропипетке в живые ооциты мыши индуцировались высокочастотные вибрации (15 000 циклов в секунду).
- Изображения с камеры анализировались с помощью алгоритма оптического потока, изначально разработанного для ультразвуковых приложений.
- Алгоритм корреляции шумов (подход, используемый сейсмологами) позволил по скорости распространения волн построить карту эластичности всей клетки.
В исследовании было показано, в частности, что значительное снижение эластичности ооцитов мыши происходит при их обработке цитохалазином — веществом, разрушающим их цитоскелет.
Эта инновационная технология картирования клеточной эластичности открывает двери для многих практических применений в биологии и медицине, включая исследования рака, инфекций, рубцевания тканей и тканевой инженерии.