Tek bir hücrenin ağırlığı ölçülebilir mi, ölçülürse nasıl ölçülür?

Hücrelerin ağırlığını doğru bir şekilde ölçmek, bilim dünyasında oldukça karmaşık bir konu olarak öne çıkıyor. Çoğu işte hangi aletin kullanılacağı genellikle açıkça bellidir; örneğin bir maddeyi tartmak için, o maddenin boyutuna uygun bir tartı seçmek yeterlidir. Banyonuzdaki tartı, kişisel ağırlığınızı ölçerken, mutfakta kullanılan küçük bir teraziyse un ya da şeker gibi malzemelerin ölçülmesinde daha etkili olur.

Ancak bilimsel çalışmalar söz konusu olduğunda, özellikle mikroskopik ölçekte bir hücrenin ağırlığını belirlemek için daha yenilikçi yöntemlere ihtiyaç duyuluyor. Bu, çok daha hassas araçlar ve teknikler gerektiren bir süreç.

Hücrelerin kütlesini ölçmeye yönelik ilk girişimler, binlerce yıl öncesine dayanıyor. MÖ 200’lü yıllarda Arşimet, bir cismin sıvıya batırıldığında sıvının yer değiştirdiği kadar yukarıya doğru kuvvet uyguladığını keşfetmişti. Bu keşif, suyun yoğunluğunu hesaplayarak nesnelerin ağırlıklarını belirlemeye yönelik ilk adımları attı.

Stokes Yasası

Ancak bu prensibi, bir hücrenin ağırlığını ölçmek için doğrudan kullanmak pek mümkün değil. Yine de 70 yıl önce yapılan bir araştırma, benzer bir mantığı mikroskobik ölçekte kullanmayı başardı. Araştırmacılar, mikro ölçekte bir hücrenin kütlesini belirlemek amacıyla George Stokes’un geliştirdiği formüle dayalı deneyler gerçekleştirdi. Bu deneylerde maya hücreleri, şeker çözeltisi içinde bırakılarak, hücrelerin sıvıdaki düşüş hızları kaydedildi. Bu sayede hücrelerin büyüklükleri ve sıvının viskozitesi hesaba katılarak kütlesi yaklaşık olarak 79 pikogram (gramın 79 trilyonda biri) olarak ölçüldü. 192 pikograma kadar değişen bu ölçümler, günümüzdeki ileri teknolojiyle yapılan ölçümlerle oldukça yakın sonuçlar verdi. Stokes’un, sıvı içerisindeki hareketli cisimlerle ilgili bulguları, fizik literatüründe “Stokes Yasası” olarak biliniyor.

Askıya alınmış Mikrokanal Rezonatörü

Ancak, Stokes Yasası yalnızca küresel şekilli hücreler için geçerliydi ve farklı geometrilere sahip hücrelerin tartılması için yeni teknikler geliştirilmesi gerekiyordu. MIT’deki araştırmacılar, 2010 yılında bakterilerin ağırlığını ölçmek için titreşim temelli bir yöntem geliştirdi. Bu yeni teknik, “Askıya alınmış Mikrokanal Rezonatörü” (SMR) adı verilen bir sistemle hayata geçirildi. Bu sistemde, sıvı dolu küçük bir kiriş titreştirilir ve hücrelerin sıvıdan geçerken kirişin titreşim frekansındaki değişiklikler kaydedilir. Tıpkı bir yay üzerine asılan ağırlığın hareketinin ölçülmesi gibi, titreşimdeki farklar hücrenin kütlesi hakkında bilgi verir. Bu yöntem, femtogram hassasiyetine ulaşarak hücrelerin büyüme hızlarını dahi hesaplamaya imkan tanıyor.

Tomografik Parlak Alan Görüntüleme

Hücrelerin ağırlığını ölçmede kullanılan bir diğer yenilikçi yöntem ise “Tomografik Parlak Alan Görüntüleme” (TBFI) tekniği. 2012 yılında kırmızı kan hücrelerinin ağırlığını belirlemek için kullanılmaya başlanan bu teknoloji, mikroskoplarla uyumlu çalışarak hücrelerin ışık dalgaları üzerindeki etkisini analiz ediyor. Bu sayede, hücrelerin hacmi, yoğunluğu ve kuru kütlesi hesaplanabiliyor.

Bu yöntemle, ortalama 27 pikogram ağırlığındaki kan hücrelerinin kütlesi tespit edilebiliyor. Ancak, bu teknik esasen kanser araştırmalarında daha yaygın olarak kullanılıyor. Kanser hücrelerinin fiziksel özelliklerinin tespiti, tümörlerin vücutta nasıl yayıldığını ve tedaviye verdiği yanıtı takip etmek için önemli veriler sunabiliyor.