De onderzoekers bekeken hoe honderden cellen zich bewogen bij blootstelling aan geluidsgolven. Uit deze bewegingen konden ze de grootte, de mechanica en de interne structuren van afzonderlijke cellen afleiden. De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in ACS Nanoscience Au, de open access versie van het gerenommeerde tijdschrift ACS Nano, en het artikel haalde zelfs de cover. Deze nieuwe techniek biedt cel- en synthetische biologen tal van nieuwe mogelijkheden. Naast cellen zijn ook microdeeltjes uitstekend te bestuderen met geluidsgolven, dus de methode (genaamd Quantitative Acoustophoresis) zou ook voor materiaalwetenschappers interessant kunnen zijn.
“Onze cellen zijn veel complexer dan we ons kunnen voorstellen. Ze kunnen bewegen, van vorm veranderen en reageren op hun omgeving”, zegt VU-promovendus Vadim Bogatyr, eerste auteur van het artikel. “Niets daarvan is mogelijk zonder de voortdurend groeiende en veranderende ‘steiger’ die een cel vanbinnen heeft: het cytoskelet. Het cytoskelet van een gezonde cel heeft andere eigenschappen en een andere samenstelling dan dat van een zieke cel. Hetzelfde geldt voor de cytoskeletten van bloed- en bindweefselcellen, en ook chemische stoffen kunnen veranderingen teweegbrengen. Met onze methode kunnen we dit soort mechanische verschillen razendsnel meten.”
Cellen zijn geen mango’s
“Als je wilt weten hoe zacht en rijp een mango is, voel je eraan. De meeste technieken waarmee de mechanica van cellen wordt gemeten zijn op hetzelfde principe gebaseerd”, legt Bogatyr uit. “Wetenschappers gebruiken verschillende microscopische objecten om cellen te porren, te knijpen en uit te rekken. Maar cellen zijn geen mango’s: het zijn levende systemen die actief kunnen reageren op dit soort plaatselijke vervormingen. Daarom wilden wij een methode ontwikkelen waarbij de cel zoveel mogelijk met rust wordt gelaten. Bij onze techniek drijven ze in een vloeistof en worden ze voortgeduwd door middel van geluidstrillingen. Hoe een cel zich vervolgens beweegt is afhankelijk van hoe deze zelf in elkaar zit, en van de samenstelling van de oplossing. De grotere cellen met een hoge dichtheid en omvangrijke cytoskeletten bewegen het snelst.”
Met deze methode blijven cellen dus onbeschadigd, terwijl sommige andere methoden alleen werken met dode en gefixeerde cellen. Bovendien kunnen de meeste andere methoden slechts één cel tegelijk meten, waardoor wekenlange metingen nodig zijn. Met behulp van Quantitative Acoustophoresis worden dezelfde data in een kwestie van uren verzameld. “Met Quantitative Acoustophoresis kan een cel gedurende een langere periode geobserveerd worden", voegt VU-hoogleraar Gijs Wuite toe. "Zo kun je alle mechanische veranderingen meten die een cel ondergaat tijdens zijn ontwikkeling, groei en deling, om zo de hele levensloop in kaart te brengen. Bovendien is onze meetopstelling relatief eenvoudig te bouwen, dus ook andere laboratoria kunnen gebruik maken van onze methode."
BaSyC-consortium
Het onderzoek maakt deel uit van het project Building a Synthetic Cell (BaSyC) en is mogelijk gemaakt door een Zwaartekrachtsubsidie van het ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap, in samenwerking met de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de deelnemende onderzoeksinstellingen: TU Delft, de Radboud Universiteit, Wageningen University & Research, de Rijksuniversiteit Groningen, AMOLF en de VU.