تصویربرداری تمام الکتریکی جایگزینی نوآورانه برای ردیابی حرکت سلول ارائه می دهد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

مهندسان دانشگاه براون روش جدیدی برای تصویربرداری از دینامیک مهاجرت سلولی ایجاد کرده‌اند که در درک فرآیندهای حیاتی مانند متاستاز سرطان، بهبود زخم و پاسخ ایمنی مهم است.

این تکنیک که در مطالعه منتشر شده در مجله Lab on a Chip توضیح داده شده است، از آرایه‌ای از 1 میلیون الکترود میکرو مقیاس استفاده می‌کند که سلول‌ها را می‌توان در یک محلول غذایی مایع قرار داد.

این سیستم حرکت سلول‌ها را از طریق ظرفیت الکتریکی ردیابی می‌کند و این تکنیک را به جایگزینی امیدوارکننده برای میکروسکوپ‌های نوری پیچیده‌تر و تصویربرداری فلورسانس تبدیل می‌کند که می‌تواند به سلول‌ها آسیب برساند و رفتار آنها را مختل کند.

Hyuntae Jeong، محقق فوق دکترا در دانشکده مهندسی براون و نویسنده اول، می گوید: "ردیابی سلول های متحرک بسیار چالش برانگیز است زیرا شکل آنها تغییر می کند و به سرعت حرکت می کنند، بنابراین تجزیه و تحلیل محاسباتی می تواند کاملا مستعد خطا باشد."

سلول‌ها اغلب باید با رنگ‌های فلورسنت برچسب‌گذاری شوند تا آنها را ببینند، اما رنگ‌ها می‌توانند باعث آسیب DNA شوند که می‌تواند بر نحوه حرکت آنها تأثیر بگذارد یا حتی باعث مرگ سلولی شود.»

این روش جدید می‌تواند سلول‌ها را بدون ایجاد مزاحمت و بدون ساعت‌ها خیره شدن از طریق میکروسکوپ ردیابی کند. ریزالکترودها بر روی یک ریزتراشه مربعی با اضلاع حدودا نیم اینچ (1.3 سانتی متر) چیده شده اند.

هنگامی که سلول‌هایی که روی تراشه قرار می‌گیرند، سطح را می‌گیرند تا حرکت کنند، تماس بر خواص الکتریکی نزدیک سطح تراشه تأثیر می‌گذارد. با اندازه‌گیری تغییرات کوچک در ظرفیت الکتریکی، دستگاه می‌تواند به‌طور دقیق هر سلول را هنگام حرکت در سراسر آرایه ردیابی کند.

پوشکاراج جوشی، یکی از نویسندگان همکار، دانشیار سابق پسا دکتری در رشته مهندسی که اکنون همکار ارشد در گروه فیزیک براون است، می گوید: «با استفاده از ظرفیت خازنی به جای نور، حسگر ما به ما اجازه می دهد تا مهاجرت سلولی را بدون برچسب گذاری مشاهده کنیم، که ممکن است مصنوعات ناخواسته را کاهش دهد.

جاکوب روزنشتاین، دانشیار مهندسی که این مطالعه را رهبری کرده است، می گوید این رویکرد کمی شبیه اسکنرهای اثر انگشت است که برای احراز هویت افراد استفاده می شود.

او گفت: «در ظرفیت الکتریکی بین برجستگی‌های اثر انگشت و فضاهای بین آن‌ها تفاوت‌هایی وجود دارد و این چیزی است که برخی از اسکنرها می‌خوانند. "این مفهوم مشابهی در اینجا است. ما در حال تشخیص تفاوت در ظرفیت الکتریکی بین جایی که سلول‌ها با سطح تماس می‌گیرند و جایی که نیستند، همانطور که در طول زمان حرکت می‌کنند، هستیم."

در آزمایش‌های آزمایشگاهی، محققان نشان دادند که این تکنیک می‌تواند با موفقیت حرکت سلول‌های سرطان سینه انسان را ردیابی کند و رویدادهای تقسیم سلولی را هنگام وقوع ثبت کند. این مطالعه همچنین نشان داد که این تراشه می‌تواند پویایی کروی‌های چند سلولی را آشکار کند و حرکت «سلول‌های پیشرو» را در لبه‌های بیرونی خوشه‌ها در حالی که آن سلول‌ها شروع به مهاجرت به بیرون می‌کنند، ثبت کند.

علاوه بر این، محققان با موفقیت از بافت‌های لانه زنبوری متشکل از صدها هزار سلول تصویربرداری کردند تا نشان دهند که این تکنیک می‌تواند حفره‌ها و مرزها را به دلیل تغییرات پیچیده در شکل برطرف کند.

محققان می گویند که این دستگاه می تواند نسبتا ارزان به تولید انبوه برسد و مزایای متعددی نسبت به تکنیک های تصویربرداری میکروسکوپی سنتی دارد.

ناحیه نسبتا بزرگ حسگر امکان تصویربرداری از بافت های بزرگ را بدون نیاز به دوختن چندین تصویر به هم می دهد که اغلب با میکروسکوپ نوری ضروری است. و علاوه بر حذف نیاز به برچسب گذاری فلورسنت که می تواند به سلول ها آسیب برساند، سیستم به راحتی قابل حمل نیز می باشد.

روزنشتاین می‌گوید: «یکی از دلایلی که ما فکر می‌کنیم جالب است این است که اصلا لنز یا منبع نور یا اپتیک ندارد، بنابراین بسیار کوچک و سبک است. این به روشی قابل حمل است که بسیاری از میکروسکوپ های معمولی چنین نیستند.

همچنین می تواند جایگزینی برای تکنیک های کار فشرده تر ارائه دهد.

Ian Y. Wong، دانشیار مهندسی که پروژه را رهبری می‌کرد، گفت: «سلول‌ها در تصویر ظرفیت خازنی به زیبایی ظاهر می‌شوند و می‌توانند به طور خودکار ردیابی شوند. تجزیه و تحلیل این ویدئوها بسیار ساده تر از آن چیزی است که ما معمولا از میکروسکوپ فلورسانس دریافت می کنیم، جایی که ما همیشه باید پردازش تصویر را به دقت تنظیم کنیم.

Hyuntae Jeong و همکاران، ردیابی تمام الکتریکی بدون برچسب مهاجرت سلولی فردی و جمعی در یک سنسور خازنی CMOS مگاپیکسلی، آزمایشگاه روی یک تراشه (2026). DOI: 10.1039/d6lc00530f

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →