Това е забележителна хореография. Във всяко наше тяло повече от 37 трилиона клетки се координират тясно с други клетки, за да се организират в многото тъкани и органи, които ни отблъскват.

проучване

В нашето тяло клетките са подложени на всякакъв вид среда и сили през целия живот и изискват методи за количествено определяне на механичните свойства на клетките и тъканите.

„Преди няколко години NCI инициира това предизвикателство в рамките на мрежата PSOC за физически науки в онкологията и няколко лаборатории в САЩ и Европа бяха поканени да участват“, каза изследователят на ASU Робърт Рос, директор на ASUCentro de Biological Physics и факултет в Катедрата по физика и Центъра за биофизика на отделни молекули на Института по биодизайн.

Рос е експерт в нова наука, посветена на по-доброто разбиране на рутинните механични и физически сили, на които клетките в тялото могат да бъдат подложени.

Тези сили включват рафтинг на клетки чрез бързо течащи потоци от циркулираща кръв или клъстери от мошови ями на съседни клетки, натъпкани в тъкани и органи, които служат за тяхното огъване, изтласкване, компресиране, разрязване или деформиране.

И така, международен екип, съставен от изследователи от осем различни лаборатории, започна да работи, включително: Държавният университет на Аризона Робърт Рос и аспирантите от ASU, които проведоха експериментите по това време, Джак Стаунтън и Брайънт Дос, Университет Джонс Хопкинс, Университет в Пенсилвания, Университет Туфтс, Университет на Илинойс в Urbana-Champaign, Национален институт по рака, Университет Париж-Дидро, Технически университет в Дрезден и Университет на Саар в Германия.

Заедно те запретнаха ръкави, за да разберат по-добре физическите сили и как най-добре да оптимизират наличната технология. Те искаха да сравнят различни често срещани техники и да разберат разликите в резултатите от тези техники.

Силата в нас

В проучването екипът се фокусира върху измерването на сковаността, огъването, усукването и вискозитета на отделните клетки, фокусира се върху клетъчната линия на рака на гърдата, използвайки най-модерната технология, достъпна за тях.

Как ракът и здравите клетки реагират на тази среда и дали има ключови разлики, които могат да бъдат идентифицирани за бъдещи диагностични приложения, представляваше голям интерес както за NCI, така и за физиците, поели предизвикателството с NCI.

"Всички лаборатории получиха от NCI същите клетки, известни като MCF-7 ракови клетки на гърдата и ние се съгласихме за подобни условия за измервания", добави Рос.

Но преди да направят измерванията си, първо трябваше да се уверят, че всички фини условия на растящите клетки в лабораторията са еднакви, включително температурата, киселинността на разтвора или колко дълго растат.

„Получихме измервания от общо шест техники в осем различни лаборатории, използвайки едни и същи клетки на млечната жлеза от една и съща партида, отгледани в една и съща среда от една и съща партида, всички директно предоставени от една и съща банка клетъчни култури“, каза Рос.

Като цяло изследователският екип използва шест различни технологии за прилагане на механични сили върху клетки в редица скали, от една клетка до цели клетки до един слой клетки. За екипа също беше важно колко бързо могат да направят измерванията, които варират от обработка на няколко клетки до над 2000 на час.

Повече на повърхността

Три от тези групи, включително Ros, се фокусираха върху инструмент за извършване на клетъчни механични измервания, които често представляват очите на нанотехнологиите, наречен AFM Atomic Force Microscopy.

AFM са търговски наличен инструмент, широко използван в нанотехнологиите и доста лесен за използване.

AFM са толкова чувствителни, че могат да виждат до нивото на отделните атоми и, за изследване, механичните сили в клетката. AFM сонда, която е като въртящо се рамо и конусовиден тип игла, може да приложи сила върху повърхността на единична клетка и да измери деформацията.

Сондите могат да бъдат разменени за измерване на клетъчните сили в различни мащаби.

"Като цяло нашите резултати подчертаха как механичните свойства на клетките могат да варират в зависимост от порядъка на величината, в зависимост от скалата на дължината, при която се изследва клетъчната вискоеластичност, от десетки нанометри например, диаметъра на върха на AFM до няколко микрометра размера на цяла клетка ", каза Рос.

"Нашето измерване с наномащабна AFM сонда показа, че механичните свойства на клетките са разнородни и варират значително в рамките на една клетка и от една клетка в друга", каза Рос. "Заедно тези резултати показват, че механичните свойства на клетките, измерени от AFM, могат да се различават повече от десетократно, в зависимост от измервателните параметри и изследваните области на клетките, както и от размера на проникващия.".

вървящ с потока

Прилагайки общо шест различни технологии, те могат да огъват, бутат, извиват и разтягат клетки, подобни на това, което могат да намерят в тялото.

В допълнение към AFM технологията на ASU, това включва и супа от азбучна технология: AFM атомна силова микроскопия, MTC магнитна торсионна цитометрия, PTM проследяване на частици микрореология, PPR паралелна плоча реометрия, CMR клетъчна монослойна реология и OS оптично разтягане.

Те бяха особено насърчени, когато видяха сходни резултати за всяка от различните техники.

Освен това последните им резултати помогнаха да се потвърдят данните от по-ранни проучвания, преминавайки важна стъпка от научната проверка: че измерванията могат да бъдат дублирани.

Откриване на нови пътища

Движейки се напред, от интерес за групата на Рос е измерването на тези клетъчни механични сили в 3-D среда на клетъчни култури, които могат по-добре да имитират клетки в тялото.

"С това проучване ние поставихме основата нашите резултати да бъдат по-податливи на диференциалните механични реакции на клетките към различните силови профили, произведени от тези различни методи, а не просто на случайни грешки", каза Рос.

Те ще продължат да изследват различни видове клетки в различни среди, за да видят дали има механична сила, която може да бъде нов тип клетъчен „подпис“, който може да доведе до нова марка, нов тип диагностичен инструмент.