'Мягкие' лазеры помогут раскрыть, как растут опухоли и эмбрионы
Новые "мягкие" лазеры могут помочь разгадать тайну биологических сил, контролирующих развитие эмбрионов и раковых опухолей.
Фундаментальные биологические процессы, движимые механическими силами, невидимыми для человеческого глаза, в настоящее время плохо изучены. Физики из Университета Сент-Эндрюс и Кёльнского университета разработали новый способ точного измерения сил, создаваемых биологическими клетками.
Эта инновационная методика может изменить наше понимание развития человеческих эмбрионов и раковых опухолей. Исследование опубликовано в Light: Science & Applications.
"И эмбрионы, и опухоли начинаются всего с нескольких клеток, — пояснил профессор Малте Гатер из Университета Сент-Эндрюс. — По-прежнему очень сложно понять, как они расширяются, сокращаются, сжимаются и складываются по мере развития. Возможность измерять биологические силы в реальном времени может стать революционной. Это может быть ключом к пониманию точной механики того, как развиваются эмбрионы — успешно или нет, — и как растет рак".
Исследователи создали "мягкие" микролазеры, которые можно вводить непосредственно в эмбрионы или смешивать с искусственными опухолями.
Профессор Марсель Шуберт из Кёльнского университета пояснил, что микролазеры представляют собой капли масла, легированные флуоресцентным красителем.
"Когда биологические силы начинают действовать, микролазеры сжимаются и деформируются окружающими их клетками. Лазерный свет меняет свой цвет в ответ и раскрывает силу, действующую на него", — сказал он.
Эта инновация позволяет исследователям "измерять и отслеживать биологические силы в реальном времени" в толстой биологической ткани, где другие методы неприменимы.
Масло и флуоресцентный краситель, используемые для создания микролазеров, изготовлены из нетоксичных, легкодоступных материалов, что гарантирует отсутствие вмешательства в биологические процессы. Это делает технологию не только эффективной, но и коммерчески жизнеспособной.
Метод был протестирован на личинках плодовой мушки для наблюдения за их развитием, а также на искусственных опухолях из клеток опухоли мозга (так называемых опухолевых сфероидах).
"Мы измерили 3D-распределение сил внутри опухолевых сфероидов и провели высокоточные долгосрочные измерения сил внутри личинок плодовой мушки", — добавил профессор Гатер.
Команда теперь ищет финансирование для адаптации метода для клинических испытаний, чтобы расширить его применение на более крупные клеточные системы.
Почти все существующие методы измерения сил требуют почти прозрачного образца, что ограничивает их применение очень тонкими слоями клеток или прозрачными животными, такими как эмбрионы рыбки данио или ранние эмбрионы дрозофилы.
Другие методы — оптические пинцеты, тракционная силовая микроскопия и техники, измеряющие деформации микробисера и капель. Они анализируют форму деформированной частицы, а не спектр света, как в новом методе, поэтому не работают внутри ткани, где из-за рассеяния света ничего не видно.