Net zoals een geplukt slot verraadt dat iemand in een gebouw heeft ingebroken, de verstijving van een structuur rond cellen in het menselijk lichaam kan erop wijzen dat kanker ander weefsel binnendringt.

Wijzigingen in deze structuur volgen, genaamd de extracellulaire matrix, zou onderzoekers een andere manier geven om de progressie van ziekte te bestuderen. Maar het detecteren van veranderingen in de extracellulaire matrix is ​​moeilijk te doen zonder deze te beschadigen.

Ingenieurs van Purdue University hebben een apparaat gebouwd waarmee ziektespecialisten een extracellulair matrixmonster op een platform kunnen laden en de stijfheid ervan kunnen detecteren door middel van geluidsgolven. Het apparaat wordt beschreven in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Lab op een chip en gedemonstreerd in een YouTube-video op youtu.be/hPvY0Sj0vxY.

"Het is hetzelfde concept als het controleren op schade in een vliegtuigvleugel. Er is een geluidsgolf die zich door het materiaal voortplant en een ontvanger aan de andere kant. De manier waarop de golf zich voortplant, kan aangeven of er schade of defecten zijn zonder het materiaal zelf aan te tasten, " zei Rahim Rahimi, een Purdue-assistent-professor materiaalkunde, wiens lab innovatieve materialen en biomedische apparaten ontwikkelt om uitdagingen in de gezondheidszorg aan te pakken.

Elk weefsel en orgaan heeft zijn eigen unieke extracellulaire matrix, een beetje zoals hoe gebouwen in een straat in structuur variëren, afhankelijk van hun doel. De extracellulaire matrix wordt ook geleverd met "vaste lijnen, " of structurele en chemische signalen, die de communicatie tussen individuele cellen in de matrix ondersteunen.

Onderzoekers hebben geprobeerd uit te rekken, het comprimeren of toepassen van chemicaliën op monsters van de extracellulaire matrix om deze omgeving te meten. Maar deze methoden zijn ook vatbaar voor beschadiging van de extracellulaire matrix.

Rahimi's team ontwikkelde een niet-destructieve manier om te bestuderen hoe de extracellulaire matrix reageert op ziekte, giftige stoffen of therapeutische medicijnen. Het eerste werk voor deze studie werd uitgevoerd in samenwerking met het laboratorium van Sophie Lelièvre, een professor in de farmacologie van kanker aan de Purdue, om te identificeren hoe risicofactoren de extracellulaire matrix beïnvloeden en het risico op het ontwikkelen van borstkanker verhogen.

Het apparaat is een "lab-on-a-chip" verbonden met een zender en ontvanger. Na het gieten van de extracellulaire matrix en de cellen die het op het platform bevat, de zender genereert een ultrasone golf die zich door het materiaal voortplant en vervolgens de ontvanger activeert. De output is een elektrisch signaal dat de stijfheid van de extracellulaire matrix aangeeft.

De onderzoekers demonstreerden het apparaat eerst als een proof-of-concept met kankercellen in hydrogel, dat is een materiaal met een consistentie vergelijkbaar met een extracellulaire matrix. Het team bestudeert nu de effectiviteit van het apparaat op extracellulaire collageenmatrices.

Het apparaat kan eenvoudig worden opgeschaald om veel monsters tegelijk te kunnen uitvoeren, Rahim zei, zoals in een array. Dit zou onderzoekers in staat stellen om tegelijkertijd naar verschillende aspecten van een ziekte te kijken.