Teknik; hücrelerin sağlığı ve gelişimine ışık tutuyor. Uygulama hassas tıp için faydalı olabilir.
MIT mühendisleri; akustik dalgalar kullanarak, canlı hücrelerin sertliğini ölçmek için, invazif olmayan yeni bir yöntem geliştirdiler. Tekniği, birkaç nesil boyunca tek hücreleri izlemelerine ve hücrelerin hücre bölünmesi döngüsünden geçerken katılığının nasıl değiştiğini araştırmalarına izin veriyor.
Araştırmacılar, bu yaklaşımın programlanmış hücre ölümü veya metastaz gibi diğer biyolojik olayları incelemek için de kullanılabileceğini söylüyor. Ayrıca hastaların tümör hücrelerinin belirli ilaçlara nasıl tepki verdiğini analiz etmek için faydalı olabileceğini ve bireysel hastalar için en iyi ilaçları seçmelerine yardımcı olabileceğini de belirtiyorlar.
Benzersiz Bir Ölçüm
Yeni ölçüm tekniği; Manalis’in laboratuvarının daha önce hücre kütlesini ölçmek için geliştirdiği bir teknolojiden faydalanıyor. Asılı Mikrokanal Rezonatör (SMR) olarak bilinen bu cihaz; bir vakum boşluğu içinde titreşen küçük bir sıvı dolu konsoldan akarken, hücrelerin kütlesini ölçebilir. Hücreler kanal boyunca akarken; kütleleri konsolun titreşim frekansını biraz değiştirir ve hücrenin kütlesi bu frekans değişimlerinden hesaplanabilir.
Yeni çalışmada, araştırmacılar; hücrenin boyutundaki değişiklikleri de ölçebileceklerini keşfettiler. Özellikle de hücre zarının hemen altında yer alan korteks adı verilen hücre yapısında gözlemlenebilir. Bir hücrenin şeklini belirlemeye yardımcı olan korteks; esas olarak aktin filamentlerinden oluşur. Bu filamentlerin kasılması ve gevşemesi, genellikle hücre bölünmesi; metastaz ve programlanmış hücre ölümü gibi işlemler sırasında meydana gelir ve bu da korteksin sertliğinde değişikliklere yol açar.
Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca, Manalis ve öğrencileri; konsolun titreşiminin aynı zamanda cihazın içinden akan partikülün veya hücrenin sertliğini ölçmek için kullanılabilecek, akustik bir dalga yarattığını anladılar. Bir parçacık kanal boyunca akarken; genel enerji dengesini değiştirip, akustik dalgalarla etkileşime girer. Bu, konsolun titreşimini, hücrenin veya partikülün sertliğine bağlı olarak bir miktar değiştirir. Böylece araştırmacıların; titreşimin ne kadar değiştiğini ölçerek hücrenin sertliğini hesaplanmasını sağlar.
Araştırmacılar, tekniğinin, Doyle’un laboratuvarında yaratılan ve bilinenkatılıktaki hidrojel parçacıklarını ölçerek ve cihaz içinden akarken ölçtüklerini doğruladılar. Bu ölçümleri üretmek için kullanılan akustik dalgalar; hücreyi yalnızca 15 nanometre kadar rahatsız eder. Bu işlem de mekanik özelliklerin ölçülmesi için, mevcut tekniklerin çoğunun ürettiği yer değiştirmeden çok daha azdır.
Hücre Bölünmesi
MIT ekibi, bu tekniği; tek bir hücrenin katılığını, (SMR cihazı boyunca ileri geri aktıklarında) 20 saat boyunca tekrar tekrar ölçmek için kullanabileceklerini gösterdi. Bu süre zarfında, iki veya daha fazla hücre bölünmesi döngüsü yaşanır ve hücreler mitoza girer. Araştırmacıların hücreler bölünmeye hazırlandıklarında oluşan şişmelerden kaynaklandığına inandıkları katılığın, bu şekilde azaldığını buldular.
Hücreleri görüntüleyerek; hücre korteksinin hücre şişerken incelttiğini doğruladılar.
Araştırmacılar ayrıca hücre katılığının, ayrılmadan hemen önce dinamik olarak değiştiğini de ispatlamış oldular. Akt’in ekvator bölgede birikerek, hücrenin katılaşmasına neden olurken; aktinler tükenirken kutup bölgeleri daha gevşer.
Kang: “Aktin dinamiğine etiketsiz ve invaziv olmayan bir şekilde bakmak için hücrenin katılığını ölçme birimini kullanabiliriz.”
Araştırmacılar, bu tekniği virüs gibi daha küçük parçacıkların sertliğini ölçmek için kullanmaya başlamayı ve bu ölçümün bir virüsün bulaşıcılığıyla ilişkili olup olmadığını araştırmayı planlıyorlar.
Manalis: “Alt mikron parçacıklarının sertliğini anlamlı verim ile ölçmek, şu anda mevcut yaklaşımlarla mümkün değildir. Böyle bir yetenek; olası aşılar olarak test edilebilecek zayıflatılmış virüsler geliştirmek için çalışan araştırmacılara yardımcı olabilir. Bu tür bir ölçüm, ilaç dağıtımı ve küçük partikülleri karakterize etmek için de kullanılabilir.”
Bir diğer olası uygulama ise; hücrenin katılığının ölçümü, kanser hastalarının, (bireysel olarak) belirli ilaçlara nasıl cevap vereceği konusunda, muhtemel bir öngörücü olarak geliştirmekte olduğu kütle ve büyüme hızı ölçümleriyle birleştirmektir.