Измерение формы клеток без микроскопа

Ученые из Института науки и технологий Нара (NAIST) разработали метод определения формы клеток (сферической или вытянутой) по изменению электрической проводимости при их прохождении через микроканал. Метод позволяет быстро и точно измерять асимметрию объектов, что может ускорить и повысить надежность дифференциации клеток.

Хотя многие биологические процессы автоматизированы, определение формы клеток часто требует дорогостоящей микроскопии и программного распознавания изображений. Новая методика, описанная в Biosensors and Bioelectronics, проще и дешевле, так как не требует высокоскоростной оптики.

Принцип работы

Метод основан на измерении изменения электрического импеданса при прохождении клетки через микрофлюидный канал с нелинейной компоновкой электродов. Эти изменения чувствительны к форме объекта, но не зависят от его траектории в канале.

Для анализа ученые ввели новый параметр — «индекс наклона» (tilt index). Он равен нулю для симметричных объектов (например, сферических клеток) и отличается от нуля для вытянутых клеток.

Экспериментальная проверка

Система использовала синусоидальное возбуждающее напряжение частотой 1 МГц, а сигнал детектировался специально созданным синхронным усилителем (lock-in amplifier). Метод протестировали на:

• Полистирольных шариках диаметром 10–25 микрон.
• Живых клетках Euglena gracilis различной формы.

Значение и перспективы

E. gracilis широко используется в биологических исследованиях и рассматривается как потенциальный источник биотоплива. Как отмечает старший автор Йоичиро Хосокава, снижение стоимости автоматического мониторинга — важный шаг для коммерческой жизнеспособности новых биотехнологий.

В будущем подобные системы могут быть встроены непосредственно в системы выращивания клеток для контроля качества, поскольку признаки стресса у клеток часто проявляются в изменении их формы.