Исследователи измерили биомеханический шум в раковых клетках
Исследователи из Кембриджа разработали новый метод измерения биомеханического шума в клетках в нормальных условиях и при возрастающем стрессе. Метод может стать основой для инструмента изучения сложных заболеваний, таких как рак.
Метод исследования
Ученые (Абхинав Прасад, Ашвин Сешиа, Анна Хюфнер и Сумит Махаджан) изучали поведение клеток нейробластомы (линия SH-SY5Y) с помощью акустического волнового устройства — кварцевого микровесов (Quartz Crystal Microbalance, QCM). Этот прибор регистрирует сдвиги резонансной частоты кварцевого кристалла в ответ на изменения массы на его поверхности.
Измерения проводились в режиме реального времени при различной плотности клеточного слоя на поверхности QCM:
- В нормальных условиях роста (контролируемая среда).
- При воздействии на клетки гипертермии (теплового шока).
Параллельно проводилась оптическая микроскопия в фазовом контрасте.
Ключевые результаты
- Стандартный отклик QCM (сдвиг частоты и диссипация) не показал четкой корреляции с динамическим поведением клеток.
- Однако анализ флуктуаций частоты (шумового отклика датчика) выявил четкую корреляцию с изменениями подвижности (мотильности) и морфологии клеток.
- Для анализа шума использовалась методика Allan-дисперсии, применяемая для оценки точности кварцевых генераторов в электронике. Она позволяет количественно оценить шум и выявить различные механизмы, лежащие в основе измеряемого отклика.
Три фазы эксперимента
Сравнение шумового отклика с контрольными экспериментами позволило выделить три четкие фазы:
- Базовая шумовая реакция — клетки в нормальных условиях.
- Повышенный уровень шума — клетки индивидуально и коллективно реагируют на стресс.
- Резкое снижение шума — после апоптоза (гибели клеток) уровень шума падает почти до собственного шума сенсора.
Эти изменения шума хорошо коррелировали с динамическими вариациями мотильности и морфологии, зафиксированными микроскопией.
Значение и перспективы
Техника закладывает основу для:
- Изучения взаимодействия клеток с субстратом в меняющихся условиях среды.
- Количественной оценки изменений клеточной мотильности и морфологии как инструмента для исследования механизмов сложных заболеваний (например, рака).
Абхинав Прасад, ведущий автор: «Мы особенно воодушевлены перспективой создания интегрированного МЭМС-устройства для изучения динамического механического отклика единичных клеток в реальном времени. Такая платформа позволит контролируемо изучать эффекты лекарств, токсинов и стресса на клеточный ответ — что почти невозможно с помощью других существующих методов».