Teknologi Mendiagnosa Penyakit Manusia dan menjelaskan Proses Biologi

JurnalSecience - Para peneliti sedang membuat kemajuan dalam mengembangkan sistem yang mengukur sifat mekanik sel-sel hidup, sebuah teknologi yang dapat digunakan untuk mendiagnosa penyakit manusia dan lebih memahami proses biologis

Tim menggunakan alat yang disebut mikroskop atom untuk mempelajari tiga jenis yang jelas berbeda dari sel-sel untuk menunjukkan aplikasi metode yang berpotensi luas, kata Arvind Raman, seorang profesor teknik mesin Universitas Purdue.

Sebagai contoh, teknik ini dapat digunakan untuk mempelajari bagaimana sel-sel mematuhi jaringan, yang sangat penting untuk banyak penyakit dan proses biologi; bagaimana sel bergerak dan berubah bentuk; bagaimana sel kanker berkembang selama metastasis, dan bagaimana sel bereaksi terhadap rangsangan mekanik yang diperlukan untuk merangsang produksi protein penting. Teknik ini dapat digunakan untuk mempelajari sifat mekanik dari sel-sel di bawah pengaruh antibiotik dan obat yang menekan kanker untuk mempelajari lebih lanjut tentang mekanisme yang terlibat.

Temuan telah diposting  dalam jurnal Nature Nanotechnology dan akan muncul dalam edisi cetak Desember. Pekerjaan yang melibatkan peneliti dari Purdue dan University of Oxford.

"Ada realisasi berkembang dari peran mekanik dalam biologi sel dan memang banyak upaya dalam membangun model untuk menjelaskan bagaimana sel merasa, merespon dan berkomunikasi mekanis baik dalam kesehatan dan penyakit," kata Sonia Contera, wakil penulis jurnal dan direktur Program Martin Oxford pada Nanoteknologi dan rekan akademis di Oxford fisika. "Dengan tulisan ini, kami menyediakan alat untuk mulai menjawab beberapa pertanyaan kuantitatif: Ini adalah langkah besar."

Sebuah mikroskop atom menggunakan probe bergetar kecil untuk menghasilkan informasi tentang bahan dan permukaan pada skala nanometer, atau billionths meter. Karena instrumen memungkinkan para ilmuwan untuk "melihat" benda jauh lebih kecil dari mungkin menggunakan mikroskop cahaya, itu bisa ideal untuk "pemetaan" sifat mekanik struktur selular terkecil.

"Peta-peta mengidentifikasi sifat mekanik dari berbagai bagian sel, apakah mereka lembut atau kaku atau licin," kata Raman, yang bekerja dengan mahasiswa doktoral dan peneliti Alexander Cartagena lainnya. "Kuncinya adalah bahwa sekarang kita bisa melakukannya pada resolusi tinggi dan kecepatan yang lebih tinggi daripada teknik konvensional."

Kemampuan kecepatan tinggi memungkinkan untuk menonton sel-sel hidup dan mengamati proses biologi secara real time. Seperti teknik menawarkan harapan untuk mengembangkan sebuah "mechanobiology berbasis" assay untuk melengkapi tes biokimia standar.

"Mikroskop atom adalah satu-satunya alat yang memungkinkan Anda untuk memetakan sifat mekanik - mengambil foto, jika Anda akan melihat sifat mekanis dari suatu sel hidup," kata Raman.

Namun, teknik yang sudah ada untuk pemetaan sifat ini menggunakan mikroskop atom yang terlalu lambat atau tidak memiliki resolusi yang cukup tinggi.

"Inovasi ini mengatasi keterbatasan, terutama melalui perbaikan dalam pemrosesan sinyal," kata Raman. "Anda tidak perlu peralatan baru, sehingga ini merupakan cara yang ekonomis untuk bump up pixel per menit dan mendapatkan informasi kuantitatif paling penting, kami menerapkan teknik untuk tiga jenis yang sangat berbeda dari sel:. Bakteri, manusia sel darah merah dan fibroblast tikus. Ini menunjukkan potensi utilitas yang luas dalam bidang kedokteran dan penelitian. "

Teknik ini hampir lima kali lebih cepat dari standar teknik mikroskop atom.

Journal Nanoteknologi Alam adalah ditulis oleh Raman, Cartagena, Sonia Trigueros, Senior Research Fellow dalam Program Martin Oxford pada Nanoteknologi; Oxford mahasiswa doktoral Amadeus Stevenson; Purdue instruktur Monica Susilo, Eric Nauman, seorang profesor teknik mesin, dan Contera.

National Science Foundation dan Rekayasa dan Physical Sciences Research Council dari Inggris mendanai penelitian itu.

Referensi Jurnal:

Mapping nanomechanical properties of live cells using multi-harmonic atomic force microscopy. Nature Nanotechnology

ditulis oleh A. Raman, S. Trigueros, A. Cartagena, APZ Stevenson, M. Susilo, E. Nauman, S. Antoranz Contera. Diterbitkan di  Nature Nanotechnology