Чип с миллионом электродов отслеживает живые клетки без микроскопа
Инженеры Брауновского университета разработали чип-матрицу на основе технологии CMOS, которая позволяет следить за поведением живых клеток без красителей и без микроскопа — только за счёт измерений электрической ёмкости. Устройство содержит миллион микроэлектродов на квадратной поверхности со стороной около 1,3 сантиметра и регистрирует, как клетки прикрепляются к поверхности, делятся и перемещаются. Работа опубликована в журнале Lab on a Chip.
Проблема, которую решает электрический чип
Традиционная оптическая микроскопия остаётся золотым стандартом для наблюдения за живыми клетками, но имеет ощутимые ограничения. Неокрашенные клетки бывает трудно различить при обычной световой микроскопии. Для повышения контраста используют специальные оптические методы или метки, которые могут влиять на поведение клеток. Кроме того, поле зрения большинства микроскопов невелико, и для съёмки больших участков нужно делать серию снимков и сшивать их.
Альтернативный подход — измерение электрической ёмкости — основан на простом принципе: клетка, прикреплённая к поверхности электрода, меняет его ёмкость. Прежние ёмкостные датчики имели крупные электроды, каждый из которых перекрывал несколько клеток сразу и давал лишь усреднённый сигнал. Новая разработка решает эту проблему.
Ключевые характеристики чипа:
- Миллион электродов позволяет отслеживать движение отдельных клеток.
- Площадь матрицы — более 1 см², что позволяет наблюдать ткани миллиметрового масштаба без сшивки.
- Изменения ёмкости преобразуются в изображения, по которым можно автоматически отслеживать форму и движение клеток.
От отдельных клеток к сложным структурам
В экспериментах исследователи культивировали клетки прямо на поверхности чипа и наблюдали их миграцию и деление без какой-либо окраски. При растекании многоклеточных сфероидов чип позволил проследить, как клетки-лидеры на краях сфероидов начинают двигаться наружу — явление, хорошо известное по видеомикроскопии, но теперь зафиксированное чисто электрическим методом.
На клеточных структурах с сотовым рисунком исследователи также показали, что сенсор различает промежутки и границы между участками ткани.
Читайте также: Система MALVINA проследила за действием бактерий на отдельные клетки.
Авторы подчёркивают: компактный формат чипа и отсутствие необходимости в оптической части делают его потенциально масштабируемым инструментом для скрининга лекарств и мониторинга опухолевых клеток — особенно там, где установка полноценного микроскопа невозможна или нежелательна. Пока возможности устройства показаны в лаборатории. Его применение для диагностики или оценки эффективности лечения потребует отдельной проверки.
