Ny billedteknologi kan afsløre mobilhemmeligheder

(Phys.org) —Forskere har giftet sig med to biologiske billeddannelsesteknologier, skabe en ny måde at lære, hvordan gode celler bliver dårlige.

"Lad os sige, at du har en stor population af celler, " sagde Corey Neu, en assisterende professor ved Purdue University's Weldon School of Biomedical Engineering. "Bare en af ​​dem kan metastasere eller formere sig, danner en kræftsvulst. Vi er nødt til at forstå, hvad det er, der giver anledning til den ene dårlige celle."

Et sådant fremskridt gør det muligt på samme tid at studere cellers mekaniske og biokemiske adfærd, som kunne give ny indsigt i sygdomsprocesser, sagde biomedicinsk ingeniør postdoc Charilaos "Harris" Mousoulis.

At være i stand til at studere en celles indre funktion i fine detaljer ville sandsynligvis give indsigt i de fysiske og biokemiske reaktioner på dens miljø. Teknologien, som kombinerer et atomkraftmikroskop og kernemagnetisk resonanssystem, kunne hjælpe forskere med at studere individuelle kræftceller, for eksempel, at afdække mekanismer frem til kræftmetastaser til forskning og diagnostik.

Prototypens evner blev demonstreret ved at tage kernemagnetiske resonansspektre af brintatomer i vand. Resultaterne repræsenterer et bevis på konceptet for teknologien og er detaljeret beskrevet i et forskningspapir, der udkom online den 11. april i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver . Avisen var medforfatter af Mousoulis; forsker Teimour Maleki; Babak Ziaie, en professor i elektro- og computerteknik; og Neu.

"Du kunne opdage mange forskellige typer kemiske grundstoffer, men i dette tilfælde er brint rart at opdage, fordi det er rigeligt, " sagde Neu. "Du kunne opdage kulstof, nitrogen og andre elementer for at få mere detaljeret information om specifik biokemi inde i en celle."

Et atomkraftmikroskop (AFM) bruger en lille vibrerende sonde kaldet en cantilever til at give information om materialer og overflader på skalaen af ​​nanometer, eller milliardtedele af en meter. Fordi instrumentet gør det muligt for forskere at "se" objekter, der er langt mindre end muligt ved hjælp af lysmikroskoper, det kunne være ideelt til at studere molekyler, cellemembraner og andre biologiske strukturer.

Imidlertid, AFM giver ikke oplysninger om cellers biologiske og kemiske egenskaber. Så forskerne fremstillede en metalmikrospole på AFM-udkrageren. En elektrisk strøm passeres gennem spolen, får den til at udveksle elektromagnetisk stråling med protoner i molekyler i cellen og inducere en anden strøm i spolen, som er opdaget.

Purdue-forskerne udfører "mekanobiologiske" undersøgelser for at lære, hvordan kræfter, der udøves på celler, påvirker deres adfærd. I arbejdet med fokus på slidgigt, deres forskning omfatter studiet af bruskceller fra knæet for at lære, hvordan de interagerer med den komplekse matrix af strukturer og biokemi mellem celler.

Fremtidig forskning kan omfatte at studere celler i "mikrofluidiske kamre" for at teste, hvordan de reagerer på specifikke lægemidler og miljøændringer.

Der er indgivet en amerikansk patentansøgning for konceptet. Forskningen er blevet finansieret af Purdues Showalter Trust Fund og National Institutes of Health.