Ein gutes Auge fürs Detail ist für viele Berufe unabdingbar. Insbesondere Biologen verwenden spezielle Techniken und fortschrittliche Technologie, um einzelne Zellen mit beispielloser Präzision zu analysieren. Die Impedanzzytometrie ist eine experimentelle Methode, die spezifische Eigenschaften lebender Einzelzellen aufzeigen kann. Diese Technik erfordert eine elektrische Penetration, bei der hochfrequenter Strom ungehindert durch die Zellmembran fließen kann, ohne die Zelle zu beschädigen. Jetzt haben Forscher aus Japan optimale Bedingungen für die Durchführung der Impedanzzytometrie ermittelt. Ihre Arbeit kann zu einer schnellen Beurteilung von Zellen während der Kultivierung in biologischen Experimenten führen.
Eine verbesserte Methode zur Messung der Morphologie und Biomasse einzelner Zellen mittels Impedanzzytometrie wurde in einer kürzlich veröffentlichten Studie in vorgestellt Mikrosysteme & Nanoengineering. Bei der Impedanzzytometrie werden Hochfrequenzspannungen an Elektroden angelegt, um die komplexe Impedanz zu messen, die Informationen über die Form und das effektive Volumen der Zelle liefern kann. In der Studie verwendeten Forscher unter der Leitung des Nara Institute of Science and Technology verschiedene Phasen von Spannungssignalen bei vier Frequenzen. Sie zeigten, dass angelegte Spannungen mit Frequenzen um 7 MHz die Membran von Euglena-gracilis-Zellen passieren können. Höhere Frequenzen können Veränderungen in der Biomasse überwachen, während niedrigere Frequenzen Volumenänderungen verfolgen können.
Wenn ein hochfrequentes elektrisches Feld die Zellmembran durchdringt, kippt die ungleichmäßige intrazelluläre Verteilung die Impedanzpulse nach links oder rechts, was in Simulationen und Experimenten verifiziert wurde. „Letztendlich beruht unsere Methode zur Bestimmung der Leitfähigkeit der Zellmembran auf dem Grad der Neigung, die durch die elektrischen Pulse verursacht wird“, sagt Autor Yoichiroh Hosokawa. Das Team führte auch Kalibrierungsstudien mit Perlen durch, um die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen dieses Effekts besser zu verstehen.
„Diese Forschung ermöglicht die einfache Bestimmung der elektrischen Durchdringung einer Zellmembran, und die vorgeschlagene Plattform ist auf die Multiparameter-Bewertung des Zustands des Organismus während der Kultivierung anwendbar“, sagt Seniorautor Yaxiaer Yalikun. Diese Plattform kann leicht in mikrofluidische Systeme für die skalierbare Überwachung biologischer Experimente integriert werden.
Der Bedarf an einer effizienten und hochgenauen Analyse lebender Einzelzellen kann durch diese neue Methode der Impedanzzytometrie gedeckt werden, die von dem Forschungsteam unter der Leitung des Nara Institute of Science and Technology entwickelt wurde. Zukünftige Anwendungen könnten auf Zellen in Säugetieren ausgedehnt werden, um spezifische Membranveränderungen in Bereichen wie Onkogenese und Zellalterung zu überwachen.
Tao Tang et al, Bewertung der elektrischen Durchdringung von Zellmembranen mittels Vierfrequenz-Impedanzzytometrie, Mikrosysteme & Nanoengineering (2022). DOI: 10.1038/s41378-022-00405-y
Bereitgestellt vom Nara Institute of Science and Technology