Multi-day single-cell magnetic imaging of living cancer cells using Quantum Cell Monitoring
Dit artikel introduceert Quantum Cell Monitoring (QCM), een widefield stikstof-vacature magnetometrieplatform dat meerdaagse beeldvorming op subcellulair niveau van levende kankercellen mogelijk maakt door hun magnetische signaturen te volgen, waardoor de dieptebeperkingen en fotodamage die inherent zijn aan traditionele optische microscopie worden overwonnen.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Het observeren van bewegende en delende levende cellen gedurende meerdere dagen is al lang een uitdaging voor wetenschappers, voornamelijk omdat de instrumenten die worden gebruikt om ze te zien, afhankelijk zijn van licht. Traditionele microscopen verlichten cellen met heldere stralen om ze te laten oplichten, maar dit licht kan de biologie die onderzoekers juist willen observeren beschadigen, waardoor cellen zich vreemd gaan gedragen of sterven. Bovendien verstrooit licht terwijl het door dik weefsel gaat, wat het onmogelijk maakt om diep in een monster duidelijk te zien. Decennialang werden wetenschappers gedwongen te kiezen tussen het duidelijk zien van cellen voor een korte tijd, of het observeren van cellen gedurende een lange tijd zonder ze goed te kunnen zien. Een nieuwe aanpak is echter naar voren gekomen die licht volledig omzeilt door onzichtbare magnetische velden te gebruiken om individuele cellen gedurende drie dagen te volgen zonder ze ooit schade toe te brengen.
Deze doorbraak komt van een team van onderzoekers die een systeem hebben ontwikkeld genaamd Quantum Cell Monitoring. In plaats van licht te gebruiken om beelden vast te leggen, gebruiken ze een speciaal type diamantsensor die ongelooflijk gevoelig is voor kleine magnetische velden. Om de cellen zichtbaar te maken voor deze sensor, hebben de onderzoekers microscopische magnetische deeltjes aan het oppervlak van levende kankercellen bevestigd. Deze deeltjes fungeren als piepkleine kompasnaalden. Wanneer de onderzoekers een zacht magnetisch veld aanleggen, lijnen deze naalden zich uit en creëren ze een zwakke magnetische signatuur die uniek is voor elke cel. De diamantsensor, die net onder de cellen zit, detecteert deze signaturen met een dergelijke precisie dat het de positie en vorm van een enkele cel kan in kaart brengen, zelfs wanneer deze wordt omringd door een menigte anderen.
De onderzoekers testten deze methode op menselijke colorectale kankercellen, die ze met de magnetische deeltjes hadden gelabeld en op de diamantsensor hadden geplaatst in een op maat gemaakte incubator. Deze incubator was cruciaal; deze hield de cellen levend en gezond door de perfecte temperatuur en voedingsstoffenvoorziening te handhaven terwijl de microscoop werkte. Gedurende een periode van 72 uur maakte het systeem elke acht uur opnames van de magnetische velden. Omdat de magnetische deeltjes niet vervagen of beschadigd raken door licht, bleven de cellen gedurende de gehele duur traceerbaar. De resultaten toonden aan dat het systeem individuele cellen kon volgen terwijl ze bewogen, deelden en van vorm veranderden. Het legde succesvol het moment vast waarop een enkele cel splitste in tweeën, bekend als mitose, en volgde zelfs cellen die samenklonterden in dichte clusters waar traditionele lichtmicroscopen er niet in zouden slagen om onderscheid te maken tussen de cellen.
Een van de meest significante bevindingen was het vermogen van het systeem om door de "menigte" heen te kijken. In dichte celgroepen verliezen lichtmicroscopen vaak contrast, waardoor het onmogelijk is om te zien waar de ene cel eindigt en de andere begint. De magnetische aanpak slaagde er echter in om individuele cellen binnen deze dichte clusters te onderscheiden. De onderzoekers konden zien hoe cellen uit elkaar gingen, samen bewogen en zelfs van fysieke vorm veranderden, alles gebaseerd op de verschuivende patronen van hun magnetische velden. Ze observeerden ook hoe cellen zich uitstrekten en kleine vingerachtige projecties uitschildden, gedragingen die kenmerkend zijn voor kankercellen. Door te analyseren hoe de magnetische signalen veranderden, konden de onderzoekers niet alleen bepalen waar de cellen waren, maar ook hoeveel magnetisch materiaal elke cel droeg, wat gerelateerd is aan de grootte van de cel en het aantal aangehechte deeltjes.
Dit werk demonstreert dat het mogelijk is om levende cellen gedurende dagen te monitoren zonder de schadelijke effecten van licht of de vervagende effecten van weefselverstrooiing. De onderzoekers lieten zien dat door de manier waarop informatie wordt overgedragen te veranderen — van licht naar statische magnetische velden — zij biologische processen konden observeren die voorheen verborgen bleven. Het systeem bleek robuust genoeg om de levenscyclus van cellen te volgen, inclusief hun groei en deling, in omstandigheden die een levende omgeving nabootsen. Hoewel de huidige studie zich richtte op een enkele laag cellen, suggereren de principes dat deze methode uiteindelijk gebruikt zou kunnen worden om dieper in weefsels te kijken, wat potentieel een nieuwe manier biedt om te bestuderen hoe kanker zich verspreidt of hoe cellen interageren in complexe 3D-structuren, zonder de beperkingen die de optische beeldvorming zo lang hebben tegengehouden.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.