В исследовании, проведенном в результате международного сотрудничества между Университетом Эксетера, Глостерширскими больницами NHS Foundation Trust, Университетом Перуджи (Италия) и Институтом материалов Национального исследовательского совета Италии (IOM-CNR), был применен инновационный биофотонный подход, чтобы выделить как микроскопические процессы приводят к механической модификации биологических тканей.
Команда экспертов под руководством доктора Франчески Паломбо из Университета Эксетера и профессора. Даниэле Фьоретто из Университета Перуджи, Италия, проанализировал огромный потенциал этого метода в исследовании тканей на микромасштабе.
Хотя механические свойства как клеток, так и тканей играют фундаментальную роль в функционировании клеток и в том, как развивается болезнь, традиционные методы изучения этих свойств могут быть ограниченными и инвазивными.
Ученые недавно использовали микроскопию Бриллюэна – форму визуализации, которая использует свет для создания акустических измерений клеток и тканей – как способ проведения неинвазивных исследований этих биомеханических свойств.
Однако усложняющим фактором в этих измерениях является вклад воды в биомеханику тканей и клеток, а также сам спектр Бриллюэна.
Теперь для нового исследования команда использовала натуральные биополимерные гидрогели, чтобы имитировать человеческую ткань и сравнить результаты с измерениями, сделанными на образцах человеческих тканей.
Они обнаружили, что этот новый метод позволяет исследовать функциональные свойства тканей (и изменения) в субклеточном масштабе, то есть профессионалы могут получать информацию из анализа новой пространственно-временной области биологических процессов.
Результаты этого исследования демонстрируют, что, хотя вода играет важную роль в определении механических свойств, влияние растворенного вещества, включая белки, липиды и другие компоненты, особенно заметно на вязкость, которая имеет отношение к транспорту метаболитов и активных молекул.
Исследование опубликовано в Science Advances.
Доктор Паломбо, доцент кафедры биомедицинской спектроскопии в Университете Эксетера, сказал: «Мы решили понять основы сигналов Бриллюэна в биомедицинских образцах.
"Сделав шаг назад, чтобы проанализировать основы этого процесса светорассеяния, мы добились существенного прогресса в том, что теперь мы понимаем особый вклад межфазной динамики, помимо объемной воды, в вязкоупругую реакцию биологических тканей.
"Это имеет широкие последствия, поскольку фазовые изменения, а также акустическая анизотропия являются идеальными сценариями, в которых изображения Бриллюэна предоставляют уникальную информацию. Мы все еще работаем над установлением актуальности этого метода в медицинских науках, однако бесспорно, что он предлагает неоценимый механизм контрастирования для определения физиологических и болезненных состояний."