(PhysOrg.com) -- Onderzoekers boeken vooruitgang bij de ontwikkeling van een systeem dat de mechanische eigenschappen van levende cellen meet, een technologie die kan worden gebruikt om ziekten bij de mens te diagnosticeren en biologische processen beter te begrijpen.

Het team gebruikte een instrument genaamd een atoomkrachtmicroscoop om drie duidelijk verschillende soorten cellen te bestuderen om de potentieel brede toepassingen van de methode aan te tonen, zei Arvind Raman, een Purdue University hoogleraar werktuigbouwkunde.

Bijvoorbeeld, de techniek zou kunnen worden gebruikt om te bestuderen hoe cellen zich aan weefsels hechten, wat van cruciaal belang is voor veel ziekte- en biologische processen; hoe cellen bewegen en van vorm veranderen; hoe kankercellen evolueren tijdens metastase; en hoe cellen reageren op mechanische stimuli die nodig zijn om de productie van vitale eiwitten te stimuleren. De techniek zou kunnen worden gebruikt om de mechanische eigenschappen van cellen te bestuderen onder invloed van antibiotica en medicijnen die kanker onderdrukken om meer te weten te komen over de betrokken mechanismen.

De bevindingen zijn online in het tijdschrift geplaatst Natuur Nanotechnologie en verschijnt in het decembernummer. Bij het werk zijn onderzoekers van Purdue en de Universiteit van Oxford betrokken.

"Er is een groeiend besef van de rol van mechanica in de celbiologie en er is inderdaad veel moeite gedaan om modellen te bouwen om uit te leggen hoe cellen voelen, mechanisch reageren en communiceren, zowel bij gezondheid als bij ziekte, " zei Sonia Contera, een paper co-auteur en directeur van het Oxford Martin Program on Nanotechnology en een academische fellow bij Oxford Physics. "Met dit papier we bieden een hulpmiddel om een ​​aantal van deze vragen kwantitatief aan te pakken:dit is een grote stap."

Een atoomkrachtmicroscoop gebruikt een kleine vibrerende sonde om informatie te verkrijgen over materialen en oppervlakken op de schaal van nanometers, of miljardsten van een meter. Omdat het instrument wetenschappers in staat stelt om objecten te 'zien' die veel kleiner zijn dan mogelijk is met lichtmicroscopen, het zou ideaal kunnen zijn voor het "in kaart brengen" van de mechanische eigenschappen van de kleinste celstructuren.

"De kaarten identificeren de mechanische eigenschappen van verschillende delen van een cel, of ze nu zacht of stijf of squishy zijn, " zei Raman, die samenwerkt met promovendus Alexander Cartagena en andere onderzoekers. "Het belangrijkste punt is dat we het nu met een hoge resolutie en hogere snelheid kunnen doen dan conventionele technieken."

Het hogesnelheidsvermogen maakt het mogelijk om levende cellen te bekijken en biologische processen in realtime te observeren. Een dergelijke techniek biedt de hoop een "mechanobiologie-gebaseerde" test te ontwikkelen als aanvulling op standaard biochemische testen.

"De atoomkrachtmicroscoop is het enige hulpmiddel waarmee je de mechanische eigenschappen in kaart kunt brengen - maak een foto, als je wilt - van de mechanische eigenschappen van een levende cel, ' zei Raman.

Echter, bestaande technieken voor het in kaart brengen van deze eigenschappen met behulp van de atomaire krachtmicroscoop zijn ofwel te traag of hebben niet voldoende hoge resolutie.

"Deze innovatie overwint die beperkingen, voornamelijk door verbeteringen in signaalverwerking, " zei Raman. "Je hebt geen nieuwe apparatuur nodig, het is dus een voordelige manier om pixels per minuut te verhogen en kwantitatieve informatie te krijgen. Het belangrijkste is, we pasten de techniek toe op drie heel verschillende soorten cellen:bacteriën, menselijke rode bloedcellen en rattenfibroblasten. Dit toont zijn potentiële brede bruikbaarheid in geneeskunde en onderzoek aan."

De techniek is bijna vijf keer sneller dan standaard atomic force microscooptechnieken.