声波可以监控活细胞的刚度



澳门太阳城官网(备用网站)的工程师们设计了测量使用声波活细胞的刚度一个新的,非侵入性的方式。他们的技术使他们能够监控单个细胞几代并研究如何刚度变化的细胞经过细胞分裂周期。

这种方法也可以用于研究其他生物现象,如程序性细胞死亡或转移,研究人员说。

“单细胞机械性能的无创监测可用于研究许多不同类型的细胞过程是有用的,”斯科特manalis,安德鲁和尔娜维特教授在生物工程和机械工程的澳门太阳城官网(备用网站)的部门,澳门太阳城官网(备用网站)的科赫研究所的成员说:综合癌症研究,该研究的资深作者。

研究人员说,这也可能是分析患者的肿瘤细胞对某些药物如何反应,可能帮助医生选择适合个体患者的最佳药物是有效的。

俊浩康,澳门太阳城官网(备用网站)的研究生,是纸,它出现在二月的第一作者。 11个问题 自然方法。其他作者包括博士后teemu miettinen和Georgios的katsikis,研究生lynna陈,访问学者塞利姆olcum和化工帕特里克·道尔教授。

一个独特的测量

新的测量技术使用的一种技术是manalis’实验室先前开发 测量细胞的质量。该装置中,被称为微通道悬浮谐振器(SMR),因为它们流过,一个真空腔内振动的微小的流体填充悬臂可以测量细胞的质量。作为细胞流过通道,它们的质量略微改变悬臂的振动频率,和小区的质量可以从频率变化来计算。

在新研究中,研究人员发现,他们也可以测量刚度的变化对细胞 - 特别是细胞结构被称为正好位于细胞膜下方的皮质。皮层,这有助于确定细胞的形状,主要由肌动蛋白丝。这些长丝的收缩和舒张期间例如细胞分裂,转移和程序性细胞死亡过程经常发生,导致在皮层的刚度变化。

在过去的几年中,manalis和他的学生意识到,悬臂的振动也产生了可以用来测量颗粒或细胞流经设备的刚度的声波。作为粒子流过通道,它与所述的声波相互作用,改变了总能量平衡。这改变悬臂的振动,由取决于细胞或颗粒的刚度而不同的量。这允许研究人员通过测量多少振动的变动来计算电池的刚度。

研究人员证实,他们的技术是通过测量已知的刚度,在Doyle的实验室产生的水凝胶颗粒,并测量它们,因为它们通过设备流入准确。

用于产生这些测量的声波通过仅约15纳米,大于由用于测量机械性质的大多数现有技术所产生的位移少得多扰乱细胞。

细胞分裂

MIT的研究小组表明,随着它们流来回通过SMR设备他们可以利用这种技术来测量单个细胞的刚度反复超过20小时。在此期间,他们能够通过两个或更多个细胞分裂周期以监测刚度。他们发现,随着细胞进入有丝分裂,刚度降低,研究人员认为这是由于当细胞准备分裂时出现的肿胀。通过成像的细胞,他们证实细胞皮层变得作为细胞溶胀薄。 

研究人员还发现,细胞刚度动态改变其划分之前。肌动蛋白聚集在赤道地区,使细胞更硬,而极地地区变得肌动蛋白被暂时耗尽更加轻松。

“我们可以用我们的测量刚度看肌动蛋白在无标签,无创的方式动态的方式,”康说。

研究人员计划开始使用这种技术来衡量,甚至更小的颗粒,如病毒的刚度,并探讨是否该测量可能与病毒的感染有关。

“测量亚微米颗粒的硬度与有意义的吞吐量是目前现有方法不可能的,” manalis说。这种能力可以帮助谁是开发减弱的病毒,可以尽可能的疫苗进行测试工作的研究人员。这种测量也可以用来帮助表征微小颗粒,如那些用于药物递送。

另一种可能的应用程序与质量和生长率测量的是manalis的实验室已开发作为组合刚度测量 可能的预测 如何个别癌症患者将特定药物做出回应。

“当涉及到试验精密医学,从同一小区测量多个功能特性可以帮助让测试更具可预测性,” manalis说。

该研究由美国国家癌症研究所(NCI),路德维希中心分子肿瘤学的科赫研究所支持捐款资助,美国国立癌症研究所癌症系统生物学联盟,并通过美国研究所生物技术合作陆军研究办公室。