Wetenschappers hebben een optische elastografietechniek ontwikkeld die een revolutie teweeg kan brengen in de nauwkeurigheid en het gemak waarmee gezondheidswerkers biomechanische veranderingen van cellen en weefsels kunnen detecteren.

Een studie die is afgeleid van een internationale samenwerking tussen de Universiteit van Exeter, Gloucestershire Hospitals NHS Foundation Trust, de Universiteit van Perugia (Italië) en het Instituut voor Materialen van de Nationale Onderzoeksraad van Italië (IOM-CNR) pasten een innovatieve biofotonische benadering toe om te benadrukken hoe de microscopische processen mechanische modificatie in biologische weefsels stimuleren.

Het team van deskundigen, gecoördineerd door Dr. Francesca Palombo van de Universiteit van Exeter en Prof. Daniele Fioretto van de Universiteit van Perugia, Italië, analyseerde het grote potentieel van de techniek in het onderzoek van weefsel op microschaal.

Hoewel de mechanische eigenschappen van zowel cellen als weefsels een fundamentele rol spelen in de functie van cellen en hoe ziekte zich ontwikkelt, de traditionele methoden om deze eigenschappen te bestuderen kunnen beperkt en invasief zijn.

Wetenschappers hebben onlangs Brillouin-microscopie gebruikt - een vorm van beeldvorming die licht gebruikt om een ​​akoestische meting van de cellen en het weefsel te creëren - als een manier om niet-invasieve studies van deze biomechanische eigenschappen uit te voeren.

Echter, een complicerende factor bij deze metingen is de bijdrage van water aan zowel weefsel- als celbiomechanica, evenals het Brillouin-spectrum zelf.

Nutsvoorzieningen, voor de nieuwe studie, het team gebruikte natuurlijke biopolymeer-hydrogels om menselijk weefsel na te bootsen en om de resultaten te vergelijken met metingen in menselijke weefselmonsters.

Ze ontdekten dat deze nieuwe techniek het mogelijk maakt om weefselfunctionele eigenschappen (en veranderingen) op subcellulaire schaal te onderzoeken, wat betekent dat professionals informatie kunnen krijgen door het analyseren van een nieuwe tijdruimtelijke regio van biologische processen.

De resultaten van dit onderzoek tonen aan dat, terwijl water een belangrijke rol speelt bij het bepalen van mechanische eigenschappen, het effect van de opgeloste stof inclusief eiwitten, lipiden en andere componenten blijkt vooral uit de viscositeit, wat relevant is voor het transport van metabolieten en actieve moleculen.

Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Dr. Palombo, een universitair hoofddocent biomedische spectroscopie aan de Universiteit van Exeter, zei:"We wilden de basis van Brillouin-signalen in biomedische monsters begrijpen.

"Terwijl we een stap terug doen om de fundamenten van dit lichtverstrooiingsproces te analyseren, we hebben een substantiële vooruitgang geboekt doordat we nu de onderscheidende bijdrage van grensvlakdynamiek begrijpen, voorbij bulkwater, op de visco-elastische respons van biologische weefsels.

"Dit heeft verstrekkende gevolgen in die faseveranderingen, evenals akoestische anisotropie, zijn ideale scenario's waarin Brillouin-beeldvorming unieke informatie biedt. We werken nog aan het vaststellen van de relevantie van deze techniek in de medische wetenschappen, het staat echter buiten kijf dat het een onschatbaar contrastmechanisme biedt om fysiologische en ziektetoestanden te detecteren."