Os coordenadores do MIT planejam a maneira não invasora de avaliar as propriedades mecânicas da pilha

A rigidez ou a elasticidade de uma pilha podem revelar muito sobre se a pilha é saudável ou doente. As Células cancerosas, por exemplo, estão conhecidas para ser mais macias do que o normal, quando as pilhas asma-afetadas puderem ser um pouco duras.

Determinar as propriedades mecânicas das pilhas pode assim ajudar doutores a diagnosticar e seguir a progressão de determinadas doenças. Os métodos Actuais para fazer isto envolvem directamente sondar pilhas com os instrumentos caros, tais como os microscópios atômicos da força e a pinça óptica, que fazem o contacto directo, invasor com as pilhas.

Os coordenadores do MIT têm planejado Agora uma maneira de avaliar simplesmente as propriedades mecânicas de uma pilha pela observação. Os pesquisadores usam a microscopia confocal padrão para zerar dentro no constante, sacudindo movimentos das partículas de uma pilha -- movimentos indicadores que podem ser usados para decifrar a rigidez de uma pilha. Ao Contrário da pinça óptica, a técnica da equipe é não invasora, corredor pouco risco de alterar ou de danificar uma pilha ao sondar seus índices.

“Há diversas doenças, como determinados tipos de cancro e de asma, onde a rigidez da pilha é sabida para ser ligada ao fenótipo da doença,” diz Ming Guo, Professor Adjunto da Revelação de Carreira do d'Arbeloff do Británico e do Alex no Departamento do MIT da Engenharia Mecânica. “Esta técnica abre realmente uma porta de modo que um médico ou um biólogo, se gostaria de conhecer a propriedade material da pilha em uma maneira muito rápida, não invasora, possam agora a fazer.”

Guo e o aluno diplomado Satish Kumar Gupta publicaram seus resultados no Jornal dos Mecânicos e da Física dos Sólidos.

Agitando colheres

Em sua tese 1905 do PhD, Albert Einstein derivou uma fórmula, conhecida como a equação de Avivar-Einstein, que torna possível calcular as propriedades mecânicas de um material observando e medindo o movimento das partículas nesse material. Há apenas uma captura: O material deve estar “no equilíbrio,” significando que todos os movimentos da partícula devem ser devido ao efeito da temperatura do material um pouco do que quaisquer forças externos que actuam nas partículas.

“Você pode pensar do equilíbrio como sendo uma chávena de café quente,” Guo diz. “A temperatura Do café apenas pode conduzir o açúcar à dispersão. Agora se você agita o café com uma colher, o açúcar dissolve-se mais rapidamente, mas o sistema não é conduzido unicamente pela temperatura any more e está já não no equilíbrio. Você está mudando o ambiente, pondo a energia dentro e fazendo a reacção aconteça mais rapidamente.”

Dentro de uma pilha, os organelles tais como as mitocôndria e os lisosomas estão sacudindo-se constantemente em resposta à temperatura da pilha. Contudo, Guo diz, há igualmente “muitos minispoons” que agitam acima o citoplasma circunvizinho, sob a forma das proteínas e das moléculas que, de vez em quando, empurram activamente os organelles de vibração ao redor como bolas de bilhar.

O borrão constante da actividade em uma pilha fez difícil para que os cientistas distingam, simplesmente olhando, que os movimentos são devido à temperatura e que são devido a mais activo, “colher-como” processos. Esta limitação, Guo diz, tem “fechou basicamente a porta em usar a equação e a observação pura de Einstein para medir as propriedades mecânicas de uma pilha.”

Quadro pelo quadro

Guo e Gupta surmised que pôde haver uma maneira de amolar movimentos para fora temperatura-conduzidos em uma pilha olhando a pilha dentro de um marco temporal muito estreito. Realizaram que as partículas energizadas unicamente pela exibição da temperatura um movimento sacudindo-se constante. Não importa quando você olha uma partícula temperatura-conduzida, limitou mover-se.

Ao contrário, os processos activos que podem bater uma partícula em torno do citoplasma de uma pilha fazem tão somente ocasionalmente. Considerando tais movimentos activos, supor, exigiram a vista de uma pilha sobre um marco temporal mais longo.

Para testar sua hipótese, os pesquisadores realizada experimentam nas pilhas humanas da melanoma, uma linha de células cancerosas que escolheram para que sua capacidade cresça facilmente e rapidamente. Injectaram partículas pequenas do polímero em cada pilha, a seguir seguiram seus movimentos sob um microscópio fluorescente confocal padrão. Igualmente variaram a rigidez das pilhas introduzindo o sal na solução da pilha -- um processo que desenhasse a água fora das pilhas, fazendo as comprimiu mais e stiff.

Os pesquisadores gravaram vídeos das pilhas em taxas de quadro diferentes e observaram como os movimentos das partículas mudaram com rigidez da pilha. Quando olharam as pilhas em freqüências mais altamente de 10 frames por segundo, observaram na maior parte partículas sacudir-se no lugar; estas vibrações pareceram ser causadas pela temperatura apenas. Somente em umas taxas de quadro mais lentas fizeram mancham uns movimentos mais activos, mais aleatórios, com as partículas que disparam através de umas distâncias mais largas dentro do citoplasma.

Para cada vídeo, seguiram o trajecto de uma partícula e aplicaram um algoritmo que se tinham tornado para calcular a distância do curso média da partícula. Obstruíram então este valor do movimento em um formato generalizado da equação de Avivar-Einstein.

Guo e Gupta compararam seus cálculos de rigidez com as medidas que reais fez usando a pinça óptica. Seus cálculos combinaram acima com as medidas somente quando usaram o movimento das partículas capturadas em freqüências de 10 frames por segundo e mais altamente. Guo diz que este sugere que os movimentos da partícula que ocorrem em altas freqüências temperatura-estejam conduzidos certamente.

Os resultados da equipe sugerem que se os pesquisadores observam pilhas em taxas de quadro rápidas bastante, possam isolar os movimentos da partícula que são conduzidos puramente pela temperatura, e determinar seu deslocamento médio -- um valor que possa directamente ser obstruído na equação de Einstein para calcular a rigidez de uma pilha.

“Agora se os povos querem medir as propriedades mecânicas das pilhas, podem apenas olhá-las,” Guo diz.

A equipe está trabalhando agora com os doutores no Hospital Geral de Massachusetts, que esperam usar a técnica nova, não invasora para estudar as pilhas envolvidas no cancro, a asma, e outras circunstâncias em que as propriedades da pilha mudam enquanto uma doença progride.

Os “Povos têm uma ideia que a estrutura muda, mas os doutores querem usar este método para demonstrar se há uma mudança, e se nós podemos usar este para diagnosticar estas circunstâncias,” Guo diz.

Source: http://news.mit.edu/2017/fast-noninvasive-technique-probing-cells-may-reveal-disease-0803