Некоторые медицинские устройства, которые в настоящее время используются и проходят клинические испытания по всему миру, ищут увеличение клеточной жесткости как индикатор раковой ткани. Однако эти устройства полагаются на показания многих клеток, сгруппированных вместе внутри тела, и не могут работать на клеточном уровне.
В исследовании, опубликованном в Интернете 28 февраля в «Биофизическом журнале», исследователи описывают методику оценки жесткости отдельной клетки с использованием паттернов, которые появляются в ее внутренней структуре. Результаты показывают, что чем более организованы его внутренности, тем жестче клетка.
В своей предыдущей работе Адам Вакс, профессор биомедицинской инженерии в Duke, показал, что внутренние структуры клетки изменяются, когда жидкости текут вокруг ее внешней части.«Думайте о клетке как о большой плесени для желе, в которой взвешено много фруктов», — сказал Вакс. «Если подуть на него очень сильно сжатым воздухом, все немного сдвинется в направлении воздуха».
Вакс также показал, что он может рассчитать клеточную жесткость, измерив величину этого сдвига. Это открытие имело много преимуществ перед традиционными методами измерения жесткости отдельной ячейки. Например, не требовался физический контакт с ячейкой, а измерения занимали гораздо меньше времени.
«Традиционные подходы, такие как атомно-силовая микроскопия, занимают весь день только для подготовки одного образца», — сказал Уилл Элдридж, аспирант лаборатории Вакса и первый автор статьи. «Использование движущейся жидкости для измерения сдвигового потока занимает всего 30-40 минут, чтобы получить изображение группы ячеек».Все еще не удовлетворенные этим расписанием, Вакс и Элдридж попытались найти визуальную метрику, которая могла бы выполнить ту же работу за меньшее время. В новой статье они показывают, что степень беспорядка, обнаруженного во внутренних структурах клетки, напрямую коррелирует с ее жесткостью.
Чтобы измерить клеточное расстройство, исследователи направляют лазер через клетку и сравнивают его со вторым беспрепятственным лучом. Затем анализируется разница во времени, необходимом для прохождения двумя лазерами образца, чтобы получить картину, показывающую, насколько неупорядочены внутренние структуры клетки.Чтобы доказать, что их идея работает, группа измерила эти «фазовые нарушения» в пяти различных типах живых раковых клеток непосредственно перед тем, как измерить их жесткость, используя уже проверенный метод «желеобразной формы». Как и ожидалось, эти два показателя сильно коррелировали.
«Скорость этой техники ограничена только размером поля зрения вашей камеры», — сказал Элдридж. «Вы можете потенциально измерить сотни отдельных ячеек за секунды».Требуется дополнительная работа, чтобы определить точную взаимосвязь между двумя измерениями, но Вакс надеется, что этот метод может быть преобразован в новое биомедицинское устройство для скрининга рака.
«Широко известно, что клеточная жесткость является индикатором рака, но не существует жизнеспособного диагностического инструмента, который мог бы использовать эти знания в клеточном масштабе», — сказал Вакс. «С помощью этой техники я вижу путь к созданию высокопроизводительной системы, которая могла бы быстро и легко выявлять рак шейки матки, пищевода или толстой кишки — везде, где можно соскоблить ткань».