Comparison study of live cells by atomic force microscopy, confocal microscopy, and scanning electrochemical microscopy

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Abstract

In this report, three kinds of scanning probe microscopy techniques, atomic force microscopy (AFM), confocal microscopy (CM), and scanning electrochemical microscopy (SECM), were used to study live cells in the physiological environment. Two model cell lines, CV-1 and COS-7, were studied. Time-lapse images were obtained with both contact and tapping mode AFM techniques. Cells were more easily scratched or moved by contact mode AFM than by tapping mode AFM. Detailed surface structures such as filamentous structures on the cell membrane can be obtained and easily discerned with tapping mode AFM. The toxicity of ferrocenemethanol (Fc) on live cells was studied by CM in reflection mode by recording the time-lapse images of controlled live cells and live cells with different Fc concentrations. No significant change in the morphology of cells was caused by Fc. Cells were imaged by SECM with Fc as the mediator at a biased potential of 0.35 V (vs. Ag/AgCl with a saturated KCl solution). Cells did not change visibly within 1 h, which indicated that SECM was a noninvasive technique and thus has a unique advantage for the study of soft cells, since the electrode scanned above the cells instead of in contact with them. Reactive oxygen species (ROS) generated by the cells were detected and images based on these chemical species were obtained. It is demonstrated that SECM can provide not only the topographical images but also the images related to the chemical or biochemical species released by the live cells.

Dans ce travail, on a utilisé trois techniques de microscopie avec sonde à balayage, la microscopie de force atomique (MFA), la microscopie confocale (MC) et la microscopie à balayage électrochimique (MBEC), pour étudier des cellules vivantes dans un environnement physiologique. Dans ces expériences, on a étudié deux lignées de cellules modèles, CV-1 et COS-7. On a obtenu des images par les techniques de MFA en modes de contact ainsi que de percussion. Les cellules peuvent être plus facilement rayées ou déplacées par le mode de contact de la MFA que par le mode de percussion de la MFA. En utilisant le mode de percussion de la MFA, on peut obtenir et facilement discerner des structures superficielles détaillées, telles des structures filamenteuses sur la membrane cellulaire. On a étudié la toxicité du ferrocèneméthanol (Fc) sur des cellules vivantes en faisant appel à la MC en mode de réflexion en enregistrant des images accélérées de cellules vivantes contrôlées et de cellules vivantes avec diverses concentrations de Fc. Le Fc n'a pas provoqué de changements dans la morphologie des cellules. On a obtenu des images de cellules à l'aide de la MBEC en présence de Fc à un potentiel polarisé de 0,35 V (vs. Ag/AgCl avec une solution saturée de KCl). Les cellules ne présentent pas de changements visibles après une heure, ce qui indique que la MBEC n'est pas une technique invasive et qu'elle présente un avantage unique pour l'étude des cellules molles puisque l'électrode effectue son balayage au-dessus des cellules plutôt que de les toucher. On a détecté que des espèces réactives à l'oxygène (EOR) sont générées par les cellules et on a obtenu des images sur la base de ces espèces chimiques. On a démontré que la MBEC peut non seulement fournir des images topographiques, mais aussi des images reliées aux espèces chimiques ou biochimiques qui sont générées par les cellules vivantes. Mots-clés: cellules vivantes, microscopie de force atomique, microscopie confocale, microscopie à balayage électrochimique.

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