Los representantes técnicos del MIT idean manera no invasor de evaluar las propiedades mecánicas de la célula

La rigidez o la elasticidad de una célula puede revelar mucho sobre si la célula es sana o enferma. Conocen a las Células cancerosas, por ejemplo, para ser más suaves que normales, mientras que las células asma-afectadas pueden ser bastante derechas.

La Determinación de las propiedades mecánicas de células puede ayudar así a doctores a diagnosticar y a seguir su trayectoria la progresión de ciertas enfermedades. Los métodos Actuales para hacer esto implican directamente el sondar de las células con los instrumentos costosos, tales como microscopios atómicos de la fuerza y pinzas ópticas, que hacen el contacto directo, invasor con las células.

Ahora los representantes técnicos del MIT han ideado una manera de evaluar las propiedades mecánicas de una célula simple por la observación. Los investigadores utilizan microscopia confocal estándar para poner a cero hacia adentro en el constante, meneando movimientos de las partículas de una célula -- movimientos indicadores que pueden ser utilizados para descifrar la rigidez de una célula. A Diferencia de las pinzas ópticas, la técnica de las personas es no invasor, funcionamiento poco riesgo de alterar o de dañar una célula mientras que sonda su contenido.

“Hay varias enfermedades, como ciertos tipos de cáncer y de asma, donde la rigidez de la célula se sabe para ser conectada al fenotipo de la enfermedad,” dice Ming Guo, a Profesor Adjunto del Revelado de Carrera del d'Arbeloff del Británico y de Alex en el Departamento del MIT de la Ingeniería Industrial. “Esta técnica abre realmente una puerta de modo que un médico o un biólogo, si quisieran conocer la propiedad material de la célula de una manera muy rápida, no invasor, pueda ahora hacerla.”

Guo y el estudiante de tercer ciclo Satish Kumar Gupta han publicado sus resultados en el Gorrón de los Mecánicos y de la Física de Macizo.

Revolvimiento de las cucharas

En su tesis 1905 del Doctorado, Albert Einstein derivó una fórmula, conocida como la ecuación de Alimentar-Einstein, que permite calcular las propiedades mecánicas de un material observando y midiendo el movimiento de partículas en ese material. Hay apenas un fiador: El material debe estar “en equilibrio,” significando que cualquier movimiento de la partícula debe ser debido al efecto de la temperatura del material bastante que cualesquiera fuerzas externas que actúan sobre las partículas.

“Usted puede pensar en equilibrio como siendo una copa de café caliente,” Guo dice. “La temperatura Del café solamente puede impulsar el azúcar a la dispersión. Ahora si usted revuelve el café con una cuchara, el azúcar disuelve más rápidamente, pero el sistema no es impulsado solamente por temperatura más y está no más en equilibrio. Usted está cambiando el ambiente, introduciendo energía y haciendo la reacción suceso más rápidamente.”

Dentro de una célula, los organelos tales como mitocondrias y los lisosomas están meneando constante en respuesta a la temperatura de la célula. Sin Embargo, Guo dice, hay también “muchos minispoons” que suscitan el citoplasma circundante, bajo la forma de proteínas y moléculas que, activen de vez en cuando activamente los organelos vibrantes alrededor como bolas de billar.

La niebla constante de la actividad en una célula ha hecho difícil para que los científicos disciernan, simple observando, que los movimientos son debido a la temperatura y que son debido a más activo, “cuchara-como” procesos. Esta limitación, Guo dice, tiene “cerró básicamente la puerta en usar la ecuación y la observación pura de Einstein para medir las propiedades mecánicas de una célula.”

Capítulo por el bastidor

Guo y Gupta conjeturaron que pudo haber una manera de tomar el pelo movimientos fuera temperatura-impulsados en una célula observando la célula dentro de un calendario muy estrecho. Realizaron que las partículas energizadas solamente por la pieza de convicción de la temperatura un movimiento que meneaba constante. No importa cuándo usted observa una partícula temperatura-impulsada, ha limitado para moverse.

En cambio, los procesos activos que pueden golpear una partícula alrededor del citoplasma de una célula hacen tan solamente de vez en cuando. Considerando tales movimientos activos, presumieron, requerirían observar una célula sobre un calendario más largo.

Para probar su hipótesis, los investigadores realizada experimentan en las células humanas del melanoma, una línea de células cancerosas que eligieron para que su capacidad crezca fácilmente y rápidamente. Inyectaron pequeñas partículas del polímero en cada célula, después siguieron su trayectoria sus movimientos bajo un microscopio fluorescente confocal estándar. También variaron la rigidez de las células introduciendo la sal en la solución de la célula -- un proceso que drena el agua de las células, haciéndolas comprimió más y stiff.

Los investigadores registraron los vídeos de las células a diversas velocidades de fotogramas y observaron cómo los movimientos de las partículas cambiaron con rigidez de la célula. Cuando miraron las células en las frecuencias más arriba de 10 secuencias por segundo, observaron sobre todo partículas el menear en el lugar; estas vibraciones aparecían ser causadas por temperatura solamente. Solamente a velocidades de fotogramas más lentas hicieron observan movimientos más activos, más al azar, con las partículas disparando a través de distancias más amplias dentro del citoplasma.

Para cada vídeo, siguieron su trayectoria el camino de una partícula y aplicaron un algoritmo que se habían convertido para calcular el recorrido medio de la partícula. Entonces taparon este valor del movimiento en un formato generalizado de la ecuación de Alimentar-Einstein.

Guo y Gupta compararon sus cálculos de la rigidez con mediciones reales que hicieron usando las pinzas ópticas. Sus cálculos correspondieron con hacia arriba con mediciones solamente cuando utilizaron el movimiento de las partículas capturadas en las frecuencias de 10 secuencias por segundo y más arriba. Guo dice que éste sugiere que los movimientos de la partícula que ocurren en los de alta frecuencia temperatura-estén impulsados de hecho.

Los resultados de las personas sugieren que si los investigadores observan las células bastante rápidas a las velocidades de fotogramas, puedan aislar los movimientos de la partícula que son impulsados puramente por temperatura, y determinar su dislocación media -- un valor que se puede tapar directamente en la ecuación de Einstein para calcular la rigidez de una célula.

“Ahora si la gente quiere medir las propiedades mecánicas de células, pueden apenas mirarlas,” Guo dice.

Las personas ahora están trabajando con los doctores en el Hospital General de Massachusetts, que esperan utilizar la nueva, no invasor técnica para estudiar las células implicadas en cáncer, el asma, y otras condiciones en las cuales las propiedades de la célula cambien mientras que progresa una enfermedad.

La “Gente tiene una idea que la estructura cambia, pero los doctores quieren utilizar este método para demostrar si hay un cambio, y si podemos utilizar esto para diagnosticar estas condiciones,” Guo dice.

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