캘리포니아 대학교 버클리 대학교의 물리학 자이자 바이오 엔지니어 인 Daniel Needleman은“이것은 우리가 세포 크기의 기능으로 모든 종류의 기본 생물학적 과정을 연구 할 수있게 해줄 것입니다. “이제 우리는 이러한 측정을 수행 할 수있는 능력이 있으므로 실제로 물어볼 수 있습니다. 세포의 성장은 얼마나 가변적입니까? 섭동에 얼마나 민감합니까? 성장은 세포가있는 영양소 나 환경에 어떻게 의존합니까? 세포가 암이 생기고 정상적인 성장 신호에 반응하지 않으면 성장은 어떻게됩니까?”
샌프란시스코 대학교 (UCSF)의 정량적 생물 학자 인 Nevan Krogan은“이것은 실제로 단일 세포 생물학 분야의 기술적 이정표입니다. "그것은 전체 공동체에게 변형 될 것이며, 단일 세포 수준에서 기본 생물학 및 질병 메커니즘을 연구 할 수있는 새로운 가능성을 열어 줄 것입니다."
Needleman과 Krogan은 셀 저널에 오늘 출판 된 플랫폼과 그 초기 결과를 설명하는 연구의 공동 저자입니다. 소수의 그룹이 이전에 세포 집단의 질량을 측정했지만,이 그룹은 단일 세포가 자라면서 실시간으로 단일 세포를 측정 할 수있는 첫 번째 플랫폼을 개발했습니다.
그들은 개별 세포의 성장률이 일정하다는 것을 발견했다. 즉, 질량은 시간이 지남에 따라 꾸준히 증가합니다. 흥미롭게도, 이것은 단위 질량 당 세포의 대사 속도가 자라면서 감소하고 있음을 의미합니다. 다시 말해, 더 작은 세포는 더 큰 세포보다 환경에서 에너지를 성장으로 변환하는 데 더 효율적입니다. 또한, 연구자들은 그들의 방법이 세포가 취해야하는 효율을 측정하고 외부 영양소를 성장으로 전환시키는 데 사용될 수 있음을 보여 주었다.
“정량적 생물 학자로서 저는 최근까지 너무 도전적이거나 측정하기가 불가능한 연구 문제에 대한 정확하고 정량적 접근 방식을 사용하는 것에 열정적이었습니다. 기여하려면 이러한 새로운 측정 도구를 구축해야합니다.”라고 Krogan은 말합니다. “이러한 노력은 새로운 실험 및 계산 접근 방식을 개발하고 과학자들이 다른 배경을 가진 과학자들을 모아야했습니다. 우리가 고립되어 일했다면 불가능했을 것입니다.”
무게의 무게
새로운 플랫폼 인 미세 유체 계량은 미세 유체를 고려하여 미세 유체를 이용하여 수질 측정기 스케일에서 유체의 정확한 조작을 가능하게합니다.
UC Berkeley의 바이오 엔지니어이자 연구의 공동 저자 인 Daniel Fletcher는“첫 번째 기술 과제는 단순히 세포를 조작하고 포착하는 것입니다. “시스템을 통해 수십만 개의 셀이 실행되는 것을 원하지 않습니다. 왜냐하면 어떤 셀을 측정하는지 알지 못하기 때문입니다. 그러나 한 번에 하나의 셀을 측정하고 싶지는 않습니다. 너무 오래 걸리기 때문입니다. 그래서 우리는 한 번에 수십 또는 수백 개의 세포를 가두어 생존에 필요한 영양소를 얻도록 미디어를 흐르고 있지만 그곳에 갇혀 있습니다. 그런 다음 이미징 팀이 정량적 위상 이미징을 최적화하고 구현하기 위해 왔습니다.”
정량적 위상 영상화를 달성하기 위해, 연구자들은 마이크로 채널과 세포에 빛의 광선을 비으며 다른쪽에 나타난 빛의 이미지를 포착합니다. 채널에 셀이 없으면 빛의 파면이 방해받지 않을 것입니다. 그러나 셀이 존재하면 빛이 구부러져 파면을 약간 변경합니다. 파면에서의 이러한 변화는 세포의 질량으로 직접 계산적으로 변환 될 수 있습니다.
UCLA의 통합 광학 실험실의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수이자 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수 인 Aydogan Ozcan은“세포를 통과 할 때 빛의 위상 변화를 측정함으로써, 우리는 세포의 밀도와 직접 관련이있는 재료의 굴절 지수를 추론한다. "우리는 세포의 화학적 구성과 성분의 밀도를 알고 있기 때문에 세포의 질량을 정확하게 결정할 수 있습니다."
Needleman은“이러한 측정은 정말 민감합니다. "우리는 세포에 첨가되는 1,000 미만의 물 분자에 해당하는 단일 세포의 질량의 변화를 측정 할 수 있습니다."
미세 유체 챔버의 세포가 주변 환경에서 영양분을 흡수함에 따라 예상대로 확장되고 질량이 증가했습니다.
Needleman은“그러나 우리는 세포가 커짐에 따라 성장률이 변하지 않았다는 것을 알았습니다. "이것은 작은 셀 내부의 대사 엔진이 실제로 더 큰 셀의 엔진보다 에너지를 성장으로 변환하는 데 더 효율적임을 의미합니다."
팀은 다른 과학자들이 질병 상태를 포함한 다양한 조건과 환경에서 다양한 유형의 세포의 성장을 연구하기 위해 그들의 기술을 채택하고 더 세분화하기를 희망합니다.
