(Phys.org) —Onderzoekers hebben twee biologische beeldvormingstechnologieën gehuwd, een nieuwe manier creëren om te leren hoe goede cellen slecht worden.

"Laten we zeggen dat je een grote populatie cellen hebt, " zei Corey Neu, een assistent-professor aan de Weldon School of Biomedical Engineering van Purdue University. "Slechts één van hen kan uitzaaien of zich vermenigvuldigen, het vormen van een kankergezwel. We moeten begrijpen wat het is dat aanleiding geeft tot die ene slechte cel."

Een dergelijke vooruitgang maakt het mogelijk om gelijktijdig het mechanische en biochemische gedrag van cellen te bestuderen, die nieuwe inzichten kunnen verschaffen in ziekteprocessen, zei biomedische techniek postdoctoraal collega Charilaos "Harris" Mousoulis.

In staat zijn om de interne werking van een cel tot in de kleinste details te bestuderen, zou waarschijnlijk inzichten opleveren in de fysieke en biochemische reacties op zijn omgeving. De technologie, die een atoomkrachtmicroscoop en een nucleair magnetisch resonantiesysteem combineert, zou onderzoekers kunnen helpen bij het bestuderen van individuele kankercellen, bijvoorbeeld, om mechanismen bloot te leggen die leiden tot kankermetastase voor onderzoek en diagnostiek.

De mogelijkheden van het prototype werden gedemonstreerd door kernmagnetische resonantiespectra van waterstofatomen in water te nemen. De bevindingen vormen een proof of concept van de technologie en worden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die op 11 april online in het tijdschrift verscheen Technische Natuurkunde Brieven . Het papier was co-auteur van Mousoulis; onderzoekswetenschapper Teimour Maleki; Babak Ziaie, een professor in elektrische en computertechniek; en Neu.

"Je zou veel verschillende soorten chemische elementen kunnen detecteren, maar in dit geval is waterstof leuk om te detecteren omdat het overvloedig is, " zei Neu. "Je zou koolstof kunnen detecteren, stikstof en andere elementen om meer gedetailleerde informatie te krijgen over specifieke biochemie in een cel."

Een atoomkrachtmicroscoop (AFM) gebruikt een kleine vibrerende sonde, een cantilever genaamd, om informatie op te leveren 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 bestuderen van moleculen, celmembranen en andere biologische structuren.

Echter, de AFM geeft geen informatie over de biologische en chemische eigenschappen van cellen. Dus fabriceerden de onderzoekers een metalen microspoel op de AFM-cantilever. Door de spoel wordt een elektrische stroom geleid, waardoor het elektromagnetische straling uitwisselt met protonen in moleculen in de cel en een andere stroom in de spoel induceert, die wordt gedetecteerd.

De Purdue-onderzoekers voeren "mechanobiologische" studies uit om te leren hoe krachten die op cellen worden uitgeoefend hun gedrag beïnvloeden. In werk gericht op artrose, hun onderzoek omvat de studie van kraakbeencellen vanaf de knie om te leren hoe ze interageren met de complexe matrix van structuren en biochemie tussen cellen.

Toekomstig onderzoek kan het bestuderen van cellen in "microfluïdische kamers" omvatten om te testen hoe ze reageren op specifieke medicijnen en veranderingen in het milieu.

Voor het concept is een Amerikaanse patentaanvraag ingediend. Het onderzoek is gefinancierd door Purdue's Showalter Trust Fund en de National Institutes of Health.