Stivhed og viskositet af celler fundet at være forskellige i kræft og andre sygdomme

Under sygdom kan cellernes stivhed eller viskositet ændre sig. Tom Evers demonstrerede dette ved at måle sådanne egenskaber af menneskelige immunceller for første gang. "Stivheden af ​​visse celler kunne være en måde at stille en diagnose på," sagde Evers.

Han fik sin ph.d. den 26. marts for afhandlingen "Enkeltcellet mekanik for sygdomsbiologi og farmakologi." En resulterende artikel blev udgivet af Materials Advances .

Inden for en tumor vokser celler tæt sammen i væv, hvor de ikke hører hjemme. Derfor er der mere pres fra pakkede celler. Celler reagerer på dette ved at forstærke deres struktur, ligesom vores knogler bliver stærkere, når de udsættes for mere stress.

Cellernes stivhed spiller sandsynligvis også en rolle i utætte blodkar. Blodkarceller kan blive mindre stive eller endda noget flydende. Virus som Ebola er dødelige på grund af hæmoragisk feber, hvor blodkar begynder at lække. Evers har haft held med at måle cellernes stivhed.

Som studerende i biomedicinske videnskaber fandt Evers biofysik så interessant, at han var villig til at tage til Sibirien for det. "Det var nogle gange -40 grader i Tomsk, men jeg oplevede også +40." Der havde han det fantastisk i 2016/17, hvor han afsluttede første halvdel af sin dobbelte kandidatuddannelse. Den anden halvdel var af biomedicinsk karakter, tilbage i hans hjemby Maastricht. "I Leiden kunne jeg kombinere begge felter."

En makrofag skal kunne deformeres

Evers kunne udtrykke sin eventyrlystne side godt i Alireza Mashaghis laboratorium på LACDR. "Vi studerer cellers mekaniske egenskaber - deres stivhed og viskositet. Disse er ekstremt vigtige i blandt andet immunresponset på sygdom." For eksempel skal en makrofag, der opsluger et patogen, være i stand til at deformere sig uden problemer.

Disse mekaniske egenskaber spiller også en rolle ved kræft. "I en tumor bliver nogle celler blødere, mindre stive. Disse celler kan lettere migrere gennem kroppen, hvilket sker ved metastatisk cancer."

Ved leukæmi, hvor monocytiske immunceller påvirkes, ændres deres mekaniske egenskaber. "Hvis vi kan måle det nøjagtigt, kan stivheden af ​​sådanne celler være en måde at diagnosticere sygdommen på." Cellestivhed bliver så en såkaldt biomarkør.

Evers arbejdede blandt andet med optisk pincet. Med denne enhed kan forskerne for eksempel holde en DNA-streng, trække i den og derefter måle, hvor tæt den er såret. "Jeg modificerede pincetten, så du kan klemme en celle mellem to glasperler. Ved at skubbe perlerne sammen med en vis kraft og observere den strækning, cellen gennemgår, bestemmer vi cellens stivhed."

I nærheden af ​​tumorer sker der noget mærkeligt med makrofager. Mens nogle af dem rydder tumorceller som håbet, omgiver andre tumoren og beskytter faktisk tumorcellerne. Evers ønskede at bevise, om disse forskellige undertyper af immunceller kan identificeres ved deres stivhed.

Han udtog makrofager fra sundt musebrystvæv og tumorassocierede makrofager fra mus med brystkræft. "Makrofagerne, der beskyttede tumoren, havde højere stivhed."

Et nyt felt inden for biologi

"Med vores mekanobiologi sigter vi mod at introducere et nyt felt inden for biologi," siger Evers. Når man studerer gener, taler biologer om genomik. Hvis det handler om proteiner, kalder de det proteomics. Forskning i stofskifte er metabolomics. Evers' resultater viser, at der er endnu flere relevante aspekter. "Mekanomi tilføjer dimensionen af ​​mekaniske egenskaber såsom stivhed og viskositet."

Evers' vejleder Alireza Mashaghi er meget tilfreds med arbejdet med sin ph.d. kandidat. "Han introducerede mekanik i forskningsfeltet immunologi og bidrog således til fremkomsten af ​​mekanoimmunologiområdet. Han formåede at anvende teknikker til at måle immuncellers mekaniske egenskaber under sygdom."

Eventyret er ikke slut endnu. "Jeg bliver på afdelingen, nu som postdoc-forsker. Jeg har brugt lang tid på at udvikle teknologien, og resultaterne kom først til sidst. Jeg forsker nu i sygdomme, hvor der lækker blodkar, som også skal have at gøre med de mekaniske egenskaber af blodkar."

Virus som Ebola er dødelige på grund af hæmoragisk feber med utætte blodkar. Dette er også relateret til ændrede mekaniske egenskaber af blodkarceller. Så der er meget for encellet mekanobiolog Evers at opdage.

Flere oplysninger: Tom M.J. Evers et al., Enkeltcelleanalyse af medfødt immuncellemekanik:en applikation til cancerimmunologi, Materials Advances (2024). DOI:10.1039/D3MA01107K

Leveret af Leiden University