Це чудова хореографія. У кожному з наших тіл понад 37 трильйонів клітин тісно координуються з іншими клітинами, щоб організувати себе в безліч тканин і органів, які нас цікавлять.

дослідження

У нашому тілі клітини піддаються дії будь-якого середовища та сил протягом усього життя, і їм потрібні методи кількісної оцінки механічних властивостей клітин і тканин.

"Кілька років тому NCI ініціював цей виклик в рамках Мережі фізичних наук PSOC в галузі онкології, і до участі було запрошено кілька лабораторій в США та Європі", - сказав слідчий АГУ Роберт Рос, директор ASUCentro de Biological Physics і викладач кафедри фізики та Центру біофізики окремих молекул Інституту біодизайну.

Рос є експертом у новій науці, яка займається кращим розумінням рутинних механічних та фізичних сил, яким можуть піддаватися клітини в організмі.

Ці сили включають сплав клітин через швидкі потоки циркулюючої крові або скупчення сусідніх клітин сусідніх клітин, забитих у тканини та органи, які служать для їх згинання, штовхання, стискання, різання або деформації.

І тому міжнародна команда, що складалася з дослідників з восьми різних лабораторій, приступила до роботи, серед яких: Університет штату Арізона Роберт Рос та аспіранти АСУ, які в той час проводили експерименти, Джек Стонтон і Брайант Досс, Університет Джона Хопкінса, Університет Пенсільванії, Університет Тафтса, Університет Іллінойсу в Урбана-Шампейн, Національний інститут раку, Університет Париж-Дідро, Технічний університет Дрездена та Університет Саар, Німеччина.

Разом вони закатали рукави, щоб краще зрозуміти фізичні сили та як найкраще оптимізувати наявні технології. Вони хотіли порівняти різні загальноприйняті методи і зрозуміти різницю в результатах цих технік.

Сила всередині нас

У дослідженні команда зосередилася на вимірюванні жорсткості, згинання, кручення та в'язкості окремих клітин, зосередившись на клітинній лінії раку молочної залози, використовуючи найсучасніші доступні для них технології.

Те, як рак та здорові клітини реагують на це середовище, та чи існують ключові відмінності, які можна визначити для подальших діагностичних застосувань, представляло великий інтерес як для NCI, так і для фізиків, які прийняли виклик NCI.

"Усі лабораторії отримали від NCI ті самі клітини, відомі як MCF-7, клітини раку молочної залози, і ми домовились про подібні умови вимірювань", - додала Рос.

Але перед тим, як проводити вимірювання, вони спочатку мали переконатися, що всі найтонші умови росту клітин у лабораторії були однаковими, включаючи температуру, кислотність розчину або те, як довго вони зростали.

"Ми отримали вимірювання із загальної кількості шести методів у восьми різних лабораторіях з використанням однакових клітин молочної залози з однієї партії, вирощених в одному середовищі з тієї ж партії, і всі вони безпосередньо надані одним і тим же банком клітин культури тканин", - сказала Рос.

Загалом дослідницька група застосувала шість різних технологій для прикладання механічних сил до клітин у ряді масштабів - від однієї клітини до цілих клітин та до одного шару клітин. Для команди також важливим було те, як швидко вони змогли зробити вимірювання, які варіювали від обробки кількох клітин до понад 2000 щогодини.

Більше на поверхню

Три з цих груп, включаючи Рос, зосереджувались на інструменті для проведення клітинних механічних вимірювань, які часто представляють очі нанотехнологій, що називається Атомна силова мікроскопія AFM.

AFM - це комерційно доступний інструмент, який широко використовується в нанотехнологіях і досить простий у використанні.

АСМ настільки чутливі, що можуть бачити до рівня окремих атомів і, для дослідження, механічних сил всередині клітини. Зонд AFM, подібний до фіксуючого плеча та конусоподібного типу голки, може прикладати силу до поверхні однієї комірки та вимірювати деформацію.

Зонди можна міняти місцями для вимірювання клітинних сил у різних масштабах.

"Загалом, наші результати показали, як механічні властивості клітин можуть змінюватися на порядки величини, залежно від шкали довжини, на якій досліджується в'язкопружність клітин, від десятків нанометрів, наприклад, діаметра наконечника AFM до кількох мікрометрів розміру цілу камеру ", - сказала Рос.

"Наші вимірювання за допомогою наномасштабного зонда AFM показали, що механічні властивості клітин неоднорідні і значно варіюються в межах однієї клітини та від однієї клітини до іншої", - сказала Рос. "Разом ці результати показують, що механічні властивості клітин, виміряні AFM, можуть відрізнятися більш ніж у десять разів, залежно від параметрів вимірювання та досліджуваних областей комірок, а також розміру проникаючого пристрою.".

що йде потоком

Застосовуючи загалом шість різних технологій, вони можуть згинати, штовхати, скручувати і розтягувати клітини, подібні до того, що вони можуть знаходити всередині тіла.

На додаток до технології AFM ASU, сюди входив також суп з алфавітної технології: атомно-силова мікроскопія AFM, магнітна торсіонна цитометрія MTC, мікрореологія відстеження частинок PTM, реометрія паралельних пластин PPR, монологічна релеологія клітин CMR та оптичне розтягування ОС.

Їх особливо заохочувало, коли вони бачили подібні результати для кожної з різних технік.

Крім того, їх останні результати допомогли підтвердити дані попередніх досліджень, перетнувши важливий етап наукової перевірки: можливість вимірювання можна дублювати.

Відкриття нових проспектів

Просуваючись далі, інтерес для групи Рос вимірює ці клітинні механічні сили в середовищах тривимірної культури клітин, які можуть краще імітувати клітини в організмі.

"Завдяки цьому дослідженню ми створили основу для того, щоб наші результати були більш схильні до диференціальних механічних реакцій клітин на різні профілі сили, що виробляються цими різними методами, а не лише до випадкових помилок", - сказала Рос.

Вони продовжуватимуть досліджувати різні типи клітин в різних середовищах, щоб з’ясувати, чи існує механічна сила, яка може бути новим типом клітинної «сигнатури», що може призвести до нової марки, нового типу діагностичного інструменту.