Forskerhold laver et kemikort for menneskelige celler

Forskere ved NPL arbejdede sammen med Diamond Light Source for at offentliggøre en undersøgelse, der viser, hvordan kemien i menneskelige celler ændrer sig, afhængigt af strukturen af ​​deres ekstracellulære niche, er vigtige determinanter for cellerespons og udviklingsveje. Artiklen er udgivet i ACS Applied Materials &Interfaces .

Den menneskelige krop gennemgår fornyelse ved at specialisere "blanke" celler - kaldet stamceller - til primære celler organiseret i væv i henhold til deres miljø. Miljøet skabes af ekstracellulære matricer eller stilladser, hvorpå celler opbygger væv og organer.

Celleresponser på disse matricer giver præstationsmålinger, der er kritiske for udviklingen af ​​cellebaseret diagnostik og terapier. Nogle af de vigtige målinger opnås ved hjælp af mikroskopi og biologiske assays, som dog ikke kan fange cellernes kemi, og hvordan den ændrer sig ved forskellige celle-matrix-grænseflader.

Denne mangel hæmmer fortsat fremskridt inden for sundhedspleje og teknologisk innovation, da kemi er den direkte afspejling af cellulære processer, der er ansvarlige for vævsvækst og -reparation.

Forskere ved NPL satte sig for at løse dette hul ved at optage infrarøde kort over menneskelige primære og stamceller dyrket på native og syntetiske matricer.

Infrarød spektroskopi kan få adgang til stort set al kemisk information tilgængelig i cellen, men kan ikke skelne cellen fra dens matrix eller genkende forskellige dele af den samme celle. Derfor var en korrelativ tilgang, der involverede brugen af ​​fysisk billeddannelse, leveret af lys- og atomkraftmikroskopi, nødvendig for at styre kemiske spektre.

For at opnå dette samarbejdede NPL med beamline-forskere ved Diamond Light Source, biologer fra Sheffield og London Colleges og dataekspertise fra Cambridge. Sammen udviklede de en spektral billeddannende tilgang, som ikke kun gjorde det muligt for dem at opnå kemiske kort over enkelte celler, men også at sammenligne deres kemisignaturer som svar på matricer, der udviser forskellige fysiske egenskaber.

Deres undersøgelse demonstrerer også effektiviteten af ​​korrelative målinger til at forklare celleadfærd ved celle-matrix-grænseflader i 2D, såvel som behovet for at udvikle analoge og mere avancerede metoder til at måle celle-matrix-grænseflader i 3D, hvilket giver en vej til indvirkning på sundhedsvæsenet og løsninger til regenerering af menneskeligt væv.

Max Ryadnov, NPL Fellow, sagde:"Undersøgelsen var et spændende samarbejde, som gav os vigtig indsigt i, hvordan den kemiske sammensætning af menneskelige celler korrelerer med de fysiske ændringer af de molekylære stilladser, der understøtter deres vækst og udvikling. Undersøgelsen også informerede næste skridt i vores udvikling med fokus på korrelative målinger af levende biologiske systemer."

Flere oplysninger: Emiliana De Santis et al., Hyperspektral kortlægning af menneskelige primære og stamceller ved celle-matrix-grænseflader, ACS-anvendte materialer og grænseflader (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17113

Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader

Leveret af National Physical Laboratory