Waar ben je naar op zoek?
Bronkhorst
Datasheet Hoe flowregeling kan helpen bij kanker onderzoek

Hoe flowregeling kan helpen bij kanker onderzoek

4 Februari, 2020 Prof. dr. Kees Jalink
Prof.dr. Kees Jalink (NKI Amsterdam)
Prof. dr. Kees Jalink (NKI Amsterdam)

“Een van de belangrijkste doelen bij fundamenteel kankeronderzoek is het maken van onderscheid tussen normale cellen en kankercellen. De gevonden verschillen kunnen vervolgens worden benut bij het opsporen van kwetsbare punten van kanker: elke eigenschap die uitsluitend bij kankercellen te vinden is, kan een aanwijzing geven over hoe we kankercellen kunnen aanvallen zonder schade toe te brengen aan gezonde cellen.” Aldus prof. dr. Kees Jalink van het Nederlands Kanker Instituut in Amsterdam (NKI).

Prof. dr. Kees Jalink vertelt over het onderzoek waarmee de ‘Biophysics and Advanced Imaging Group’ aan het NKI (Nederlands Kanker Instituut) zich bezighoudt en de rol van flowmeters en -regelaars in dit onderzoek.

Biophysics and Advanced Imaging Group

Het opsporen van deze verschillen tussen normale cellen en kankercellen is een lastige taak gebleken, omdat de meeste kankercellen voor 99,9% gelijk zijn aan gezonde cellen. In de Biophysics and Advanced Imaging Group bekijken we cellen in detail met behulp van geavanceerde microscopietechnieken, waaronder live-cell imaging, fluorescentiemicroscopie en functionele beeldvorming. Het laatste houdt in dat met technieken als Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET), Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) en Fluorescence Correlation Spectroscopy informatie wordt verzameld over eiwitten (biomoleculen) en de interacties ervan in enkelvoudige levende kankercellen.

Foto Jalink Group | Compositie levende cellen NKI
Foto Jalink Group | Compositie levende cellen NKI

Levende cellen geven veel meer informatie

Tot voor kort was het gebruikelijk dat ten behoeve van microscopie met hoge resolutie de cellen werden gedood, gefixeerd, gekleurd voor specifieke componenten en ingebed in hars. Uit beelden van levende cellen is echter veel meer informatie te halen omdat die:

  • zich kunnen delen
  • migreren
  • samen hechte monolagen vormen, net als levende (kanker)cellen in ons lichaam

Alleen met levende cellen kunnen we inzicht krijgen in de dynamiek van de interne biochemische processen.
Er is een heel scala aan gekleurde fluorescente eiwitten beschikbaar dat ons in staat stelt een enkele eiwitsoort te benoemen en te ontdekken wat we over dat eiwit willen weten. De truc is om die cellen levend en gezond te houden op de microscoop.

Op de microscoop worden cellen bewaard in een schaaltje met een glazen bodem dat is gevuld met DMEM-medium: een op bloedplasma lijkende zoutoplossing met vitaminen en voedingsstoffen. Vroeger bewaarden we deze gewoon op kamertemperatuur in schaaltjes in de vrije lucht (~20% O2, 80% N2, 0,05% CO2). Hiermee wordt de atmosfeer in ons lichaam echter helemaal niet goed nagebootst. De resultaten waren dan ook niet zoals verwacht.

NKI cells through microscope
Cellen gezien door een microscoop

In de meeste gevallen trad bijvoorbeeld geen celdeling op en de meeste cellen stierven na 1-2 dagen. Ook bleek het vrijwel onmogelijk de zuurgraad in het medium te regelen. Daarom moesten we een speciale incubator inrichten om de cellen en het grootste deel van de microscoop in onder te brengen. In deze incubator moet de lucht worden verwarmd tot 37°C en worden bevochtigd, en moet de atmosfeer, anders dan lucht:

  • ten minste 5% CO2 bevatten
  • een zuurstofgehalte hebben dat in te stellen is tussen ~2% en 20%

Dit dient om de verschillende zuurstofspanningen na te bootsen die in het lichaam voorkomen. Het is bijvoorbeeld bekend dat solide tumoren hypoxisch zijn (slechts enkele procenten O2 bevatten) en dit heeft verregaande gevolgen voor de fysiologie van de cellen en voor de manier waarop ze op medicijnen tegen kanker reageren.

Lees de proces oplossing

Hoe je de atmosfeer nauwkeurig regelt

Op een beurs maakten we kennis met de massflowmeters en -regelaars van Bronkhorst. Met de hulp van Bronkhorst Nederland hebben we drie thermische massflowregelaars van de EL-FLOW select serie gekozen en deze gekoppeld aan de uitlaten van gecomprimeerde CO2, N2 en lucht in ons laboratorium.

De rest was eenvoudig: door de relatieve gasstromen met de massflowregelaar aan te passen kunnen we nu het niveau van CO2, N2 en O2 instellen op alle relevante waarden. Deze waarden variëren van 2 tot 19 procent voor zuurstof en 0 tot 20 procent voor kooldioxide tot 80 tot 100 procent voor stikstof.

 

bronkhorst uflow flow meter
µ-FLOW meter van Bronkhorst in experimentele opstelling

Sindsdien voeren we al onze experimenten uit onder dergelijke gecontroleerde omstandigheden, en dankzij deze incubator zijn de resultaten veel eenduidiger en ook veel relevanter. We hebben de incubator gebruikt om te onderzoeken hoe kankercellen tijdens metastase migreren en hoe ze in lagen andere cellen kunnen doordringen en in deze ‘niche’ kunnen overleven. Ook hebben we ermee in detail onderzocht hoe cellen chemische signalen gebruiken om met elkaar te communiceren, en hoe deze signalen worden ontvangen en vervolgens in de cellen worden verwerkt.

De µ-FLOW massflowregelaar voor vloeistof biedt uitkomst

Zoals wel vaker gebeurt in de wetenschap, leidde het oplossen van het ene probleem tot het herkennen van een ander. We merkten dat bij 37° C het medium sneller verdampte, waardoor de cellen na enkele dagen uitdroogden. Dit was te voorkomen door het petrischaaltje goed dicht te maken, maar hierdoor konden we minder goed bij de cellen en werd het onmogelijk om tijdens het experiment groeifactoren, hormonen of geneesmiddelen tegen kanker toe te voegen voor onze onderzoeken.

Dit kon slechts ten dele worden opgelost door de lucht vochtiger te maken, omdat bij hoge luchtvochtigheid condens werd gevormd die schadelijk kon zijn voor de gevoelige elektronica in onze opstelling. Daarom moest de relatieve luchtvochtigheid lager dan 60% blijven. Ook hier boden massflowregelaars een eenvoudige en betrouwbare oplossing. We kozen voor een µ-FLOW massflowregelaar voor vloeistoffen om een zeer stabiele stroom van gede-ioniseerd water te leveren. Door een lokale BRIGHT regelaar met PiPS (Plug-in Power Supply) te gebruiken, konden we de instroming van water instellen tussen 0,5 en 9,6 microliter per minuut.

We hebben empirisch vastgesteld dat wanneer de kraan is ingesteld op 1,3 µl/min, de verdamping volledig wordt gecompenseerd, en tegenwoordig kunnen we de cellen wekenlang op de microscoop in leven houden. Het systeem vergt nauwelijks onderhoud: we hoeven het slechts te installeren en de zaak op z'n beloop te laten, zodat we ons op onze core business kunnen richten. De massflowregelaars betekenden het keerpunt in het construeren van de microscoopincubator, en de cellen gaan ijverig door met delen en groeien.

Logo NKI

 

   

Wil je maandelijks onze updates ontvangen? Schrijf je dan nu in!
 

Ja, stuur mij de updates!
Terug naar overzicht

Bronkhorst High-Tech designs and manufactures innovative instruments and subsystems for low-flow measurement and control for use in laboratories, machinery and industry. Driven by a strong sense of sustainability and with many years of experience, we offer an extensive range of (mass) flow meters and controllers for gases and liquids, based on thermal, Coriolis and ultrasonic measuring principles. Our global sales and service network provides local support in more than 40 countries. Discover Bronkhorst®!