De sensor is gebaseerd op een prototype chip van het bedrijf NXP uit Eindhoven. Het apparaatje is een kwart bij een kwart millimeter groot en bevat zo’n 65.000 elementen of pixels. Doordat elk afzonderlijk element de elektrische eigenschappen van zijn directe omgeving kan meten, krijg je met alle pixels tezamen een elektrisch beeld van een cel in zeer hoge resolutie, verklaren de onderzoekers Maarten Jongsma en Harrie Verhoeven. Zo hebben ze een filmpje gemaakt van een agressieve kankercel die zich probeert te hechten aan het oppervlak van de chip.
Nanochip maakt filmpje van kankercel
Cellen hebben een elektrisch veld om zich heen, legt Verhoeven uit. Normaal kun je dat niet zien. De sensor van NXP maakt zelf een elektrisch veld en de mate van verstoring van dat veld leert ons wat er met de cel aan de hand is. Daarvoor moesten de onderzoekers drie kennisvelden combineren. De Italiaanse onderzoekers maakten een wiskundig model hoe de sensor moest werken. De Twentse onderzoekers ijkten de sensor met minuscule plastic en gouden bolletjes om de verstoring van het elektrisch veld goed te kunnen interpreteren. En de Wageningers kwamen op het idee om de nanosensor te gebruiken om cellen te onderzoeken en leverden de celkennis.
Tot nu toe kijken onderzoekers vooral naar cellen met een lichtmicroscoop, maar dat levert geen informatie over de elektrische toestand van de cel. Met de nieuwe methode heb je een nieuw soort camera om naar cellen te kijken, zegt Jongsma. ‘Het is een elektrisch apparaatje waarmee we in feite de energiehuishouding van de cel meten’, aldus Verhoeven. Ze publiceerden hun vinding deze maand in het toptijdschrift Nature Nanotechnology.
Wat de minuscule camera-chip aan nieuwe kennis zal opleveren, weten de onderzoekers nog niet. ‘We hebben nu gevisualiseerd wat de camera kan registreren’, zegt Verhoeven. ‘Het filmpje spreekt voor zich.’ Wellicht helpt dit medisch onderzoekers bij hun kankeronderzoek, om bijvoorbeeld na te gaan of medicijnen tegen kanker aanslaan. Maar de techniek is ook te gebruiken voor onderzoek aan plantencellen of het registreren van totaal andere processen op celniveau.
Om dat mogelijk te maken, moet de chip nog verbeteren, zegt Verhoeven. Door te variëren in de frequentie waarmee de metingen uitgevoerd worden, verleg je de diepte waarmee je kijkt. Bovendien wil hij nader onderzoeken wat de beelden van de nano-camera precies laten zien. Daartoe wil hij cellen simultaan gaan meten met een fluorescentie lichtmicroscoop en deze elektrische sensoren ‘zodat we kunnen duiden wat we precies zien.’ Omdat de camera een nieuwe manier is om in cellen te kijken, verwacht hij dat dit nieuwe inzichten gaat opleveren in de celbiologie.
Vooralsnog kan de CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) chip alleen buiten het lichaam foto’s van cellen maken. Jongsma en Verhoeven sluiten niet uit dat de nano-camera nog kleiner kan en in de toekomst al navigerend in ons lichaam opnamen van cellen kan maken.