Japanse onderzoekers ontwikkelden een biosensor die bestaat uit kleine paddenstoelvormige structuren. De biosensor neemt celdeling waar terwijl hij de cellen in leven houdt, een belangrijke stap voor biologisch onderzoek.

Een gezonde cel deelt zichzelf vaker dan een zieke cel. Biologisch onderzoek gebruikt daarom vaak zogeheten cell proliferation assays om celdeling te meten. Bestaande assays detecteren celdeling door bepaalde onderdelen van de cel een label te geven, zoals een kleur of radioactief deeltje. De signalen van zulke labels nemen echter af na een bepaalde tijd, waardoor het moeilijker wordt om te meten hoe vaak de cel deelt. Bovendien blijven cellen niet lang leven tijdens zulke experimenten.

 

Paddenstoelen

Schematische weergave van levende
cellen op de sensor.
Bron: OIST.

Onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ontwikkelden een biosensor die celdeling detecteert, zonder labels te gebruiken. De sensor bestaat uit kleine paddenstoelvormige structuren, met een steel van silica en een hoed van goud. De paddenstoelen zijn zo’n 50 nm hoog en 20 nm breed; het oppervlak van de hele sensor is minder dan 19 cm2.

‘Wanneer je levende cellen op een nanomateriaal zet, is het materiaal meestal giftig en gaan de cellen dood’, zegt Dr. Nikhil Bhalla in een bericht van de universiteit. ‘Met ons materiaal bleven de cellen echter langer dan zeven dagen in leven.’

 

Wit licht

De biosensor neemt celdeling waar door middel van licht. Wanneer wit licht op de sensor valt, absorberen de paddenstoelen een klein deel hiervan, en verspreidt het licht zich op een bepaalde manier. Deze verandering is afhankelijk van de eigenschappen van de paddenstoelen zelf, maar ook van andere objecten op de sensor, zoals cellen. Nadat het licht de sensor passeert, meet een spectroscoop de absorptie en verspreiding in real time.

De levende cellen liggen op de paddenstoelen. Wanneer ze delen, veranderen de eigenschappen van het licht dat de onderliggende paddenstoelen bereikt. Deze veranderingen zijn representatief voor het aantal cellen op de sensor; hieruit kunnen onderzoekers afleiden hoeveel cellen gedeeld hebben.

 

Gevoelig

Schematische weergave van de
nanopaddenstoelen met biomoleculen. 
Bron: OIST.

De paddenstoelen bleken zeer gevoelig; ze detecteerden een toename van 1000 naar 1016 cellen. Deze gevoeligheid komt door een speciale laag met biologische moleculen, die op de paddenstoelen zit. ‘Met onze methode kunnen we een ultragevoelige biosensor maken, die zelfs individuele moleculen kan waarnemen’,  aldus Bhalla.

In de toekomst kan men de sensors mogelijk draadloos verbinden met de maatapparatuur. Dan hoeven onderzoekers de sensor met cellen niet meer aan te raken, wat het risico op verontreiniging verkleint.

Bron openingsfoto: pxhere.com