Home » Бюро новостей | ИЛЛИНОЙС

Бюро новостей | ИЛЛИНОЙС

ШАМПЕН, Иллинойс. Ученые разработали крошечный механический зонд, который может измерять присущую клеткам и тканям жесткость, а также внутренние силы, которые клетки генерируют и воздействуют друг на друга. Исследователи сообщают, что их новый «магнитный микроробот» является первым подобным зондом, способным количественно оценить оба свойства, и поможет понять клеточные процессы, связанные с развитием и заболеванием.

Они подробно описывают свои выводы в журнале Science Robotics.

Ведущий автор исследования Эрфан Мохагегян

Фото Амира Мальванди

Удалить

Редактировать встроенный носитель на вкладке «Файлы» и повторно вставьте при необходимости.

«Живые клетки генерируют силы посредством белковых взаимодействий, и эти силы очень сложно измерить», — сказал он. Нин Ванпрофессор механика и инженерия в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейне, который руководил исследованием. «Большинство датчиков могут либо измерять силы, активно генерируемые самими тканями и клетками, что мы называем тягой, либо измерять их жесткость, но не то и другое одновременно».

Чтобы измерить жесткость клеток, исследователям нужен относительно жесткий зонд, который может сжимать, растягивать или скручивать ткани и количественно определять, насколько сильно они сопротивляются. Но для измерения собственных внутренних сокращений или расширений клеток зонд должен быть относительно мягким и гибким.

Как и другие ученые, Ван и его коллеги уже разработали датчики для измерения каждого из этих качеств по отдельности. Но он сказал, что хочет разработать более универсальный зонд, который мог бы решать обе проблемы одновременно. Такой зонд позволил бы лучше понять, как эти свойства влияют на такие заболевания, как атеросклероз или рак, или, например, как развивается эмбрион.

Чтобы решить эту проблему, Ван и аспирант Эрфан Мохагегян искали способы изменить механические характеристики зонда после его введения в интересующую ткань. Они использовали гидрогели из полиэтиленгликоля, материала, уже одобренного для использования на людях.

Read more:  Юнона должна максимально приблизиться к Европе 29 сентября; НАСА объясняет, почему это важно

Для нового исследования команда разработала точный метод внедрения магнитного «микрокреста» в жесткий гидрогель ПЭГ. Соавтор исследования Кристи Ансет, профессор химической и биологической инженерии в Колорадском университете в Боулдере, уже разработала метод разложения и смягчения гидрогеля с помощью ультрафиолетового света.

В серии экспериментов исследователи вводили свои зонды в трехмерные опухолевые массы, выращенные в лаборатории, и в эмбрионы рыбок данио. Подвергая эти ткани воздействию электромагнитного поля, ученые активировали зонды, чтобы оказывать на ткани различные нагрузки и измерять их жесткость. Воздействие УФ-излучения на опухолевую массу или эмбрионы затем смягчало ПЭГ-матрицу зондов, позволяя зондам измерять силы, создаваемые клетками в тканях.

Зонды дали точную информацию как о жесткости ткани, так и о натяжении, впервые обнаружив, что, хотя злокачественные опухоли могут становиться более жесткими в ответ на окружающие ткани, раковые клетки не изменяют свою тракцию, независимо от их близости к мягким или жестким материалам. Ван сказал, что это бросает вызов распространенному мнению о том, что физические характеристики подлежащей ткани вызывают изменения внутренних сил раковых клеток, позволяя им метастазировать.

«Люди думали, что жесткость субстрата была движущей силой прогрессирования рака», — сказал Ван. «Наши выводы не подтверждают это утверждение».

По словам Вана, зонды также зафиксировали толчок и притяжение клеток во время эмбрионального развития, что может дать новое представление о том, как такие колебания соотносятся с формированием паттернов органов, тканей и конечностей, когда животные развиваются из отдельных клеток в сложные ткани. Зачаточная работа была проведена исследователями Китайской академии наук и Университета науки и технологии Хуажонг в Ухане, Китай.

«Мы считаем, что большие колебания силы, обнаруженные у эмбрионов, очень важны для управления ранними стадиями развития», — сказал Ван.

Read more:  ЦИФРОВОЙ ТВИННИНГ: передовое авиационное программное обеспечение 2023 года

Ван также является профессором биоинженерия и филиал Медицинский колледж Карла Иллинойса, Институт передовых наук и технологий Бекмана и Институт геномной биологии Карла Р. Вёзе в У. И.

Национальные институты здравоохранения, Национальный научный фонд и Национальный фонд естественных наук Китая поддержали это исследование.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.