Ny teknik kan revolutionere nøjagtighed og detektion af biomekaniske ændringer af celler

Forskere har udviklet en optisk elastografiteknik, der kan revolutionere nøjagtigheden og den lethed, hvormed sundhedsprofessionelle kan opdage biomekaniske ændringer af celler og væv.

En undersøgelse udledt af et internationalt samarbejde mellem University of Exeter, Gloucestershire Hospitals NHS Foundation Trust, University of Perugia (Italien) og Institute of Materials of the National Research Council of Italy (IOM-CNR) anvendte en innovativ biofotonisk tilgang til at fremhæve, hvordan de mikroskopiske processer driver mekanisk modifikation i biologiske væv.

Ekspertteamet, koordineret af Dr. Francesca Palombo fra University of Exeter og Prof. Daniele Fioretto fra University of Perugia, Italien, analyseret teknikkens store potentiale i undersøgelse af væv på mikroskala.

Mens de mekaniske egenskaber af både celler og væv spiller en fundamental rolle i cellernes funktion og hvordan sygdommen udvikler sig, de traditionelle metoder til at studere disse egenskaber kan være begrænsede og invasive.

Forskere har for nylig brugt Brillouin-mikroskopi - en form for billeddannelse, der bruger lys til at skabe en akustisk måling af celler og væv - som en måde at udføre ikke-invasive undersøgelser af disse biomekaniske egenskaber på.

Imidlertid, en komplicerende faktor i disse målinger er vands bidrag til både vævs- og cellebiomekanik, samt selve Brillouin-spektret.

Nu, til det nye studie, holdet brugte naturlige biopolymerhydrogeler til at efterligne humant væv og til at sammenligne resultater med målinger taget i humane vævsprøver.

De fandt ud af, at denne nye teknik tillader undersøgelser af vævsfunktionelle egenskaber (og ændringer) til en subcellulær skala - hvilket betyder, at fagfolk kan få information fra at analysere en ny spatiotemporal region af biologiske processer.

Resultaterne af denne undersøgelse viser, at mens vand spiller en stor rolle i at bestemme mekaniske egenskaber, virkningen af ​​det opløste stof, herunder proteiner, lipider og andre komponenter er tydelige især på viskositet, som er relevant for transport af metabolitter og aktive molekyler.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskabens fremskridt .

Dr. Palombo, en lektor i biomedicinsk spektroskopi ved University of Exeter, sagde:"Vi satte os for at forstå baserne for Brillouin -signaler i biomedicinske prøver.

"Mens man tager et skridt tilbage for at analysere det grundlæggende i denne lysspredningsproces, vi gjorde et betydeligt fremskridt ved, at vi nu forstår det karakteristiske bidrag fra grænseflade -dynamik, ud over bulkvand, til biologisk vævs viskoelastiske respons.

"Dette har vidtrækkende konsekvenser i de faseændringer, samt akustisk anisotropi, er ideelle scenarier, hvor Brillouin-billeddannelse giver unik information. Vi arbejder stadig på at fastslå relevansen af ​​denne teknik inden for medicinsk videnskab, men det er uomtvisteligt, at det tilbyder en uvurderlig kontrastmekanisme til påvisning af fysiologiske og sygdomstilstande. "