Звуковые волны помогут исследовать отдельные клетки

Звуковые волны широко используются для медицинской визуализации; например, при ультразвуковом исследовании (УЗИ) беременных. Теперь ученые разработали способ звукового исследования тканей в значительно меньшем масштабе.

Исследователи из Университета Бордо (Франция) применили высокочастотные звуковые волны для измерения жесткости и вязкости ядер отдельных человеческих клеток. По ожиданиям ученых, этот способ позволит понять, как клетки приживаются к медицинским имплантам; почему здоровая клетка становится клеткой раковой опухоли. "Мы разработали бесконтактный – без малейшего вмешательства – способ измерения механических свойств клетки на внутриклеточном уровне, – говорит Бертран Одуан, профессор кафедры механики Университета Бордо. – С его помощью мы сможем изучать клеточную активность и распознавать болезни клеток".

Методика т. н. пикосекундного ультразвука, , использованная учеными, начала применяться в электронике в середине 80-х для измерения толщины слоев интегральных схем. Одуан и его коллеги в сотрудничестве с группой исследования биоматериалов, возглавляемой Мари-Кристин Дюрье, приспособили пикосекундный ультразвук для изучения живых клеток. Они нарастили клетки на металлической пластине и облучили лазером сверхкоротких импульсов для генерации высокочастотных звуковых волн. Второй лазер измерял, как ультразвук распространяется сквозь клетки, давая ученым информацию о механических свойствах отдельных частей клетки.

"Чем выше частота создаваемого звука, тем меньше длина волны, а значит, тем мельче и предметы возможного испытания, – говорит Одуан. – Мы использовали гигагерцевые волны, что позволило изучать объекты размером в сотни нанометров".

При таком исследовании биосистем не обошлось и без сложностей. Одна из них возникла из-за жидкостных свойств внутренности клетки. "Рассеивание, использованное нами для изучения свойств клетки, здесь гораздо слабее, чем в твердом теле, – говорит Одуан. – Нам пришлось найти способ увеличить соотношение сигнал-шум без использования высокомощных лазеров, которые могли повредить клетку". Второй проблемой была естественная изменчивость клетки. "Если вы испытываете кремний, вам достаточно одного измерения. При испытании ядра клетки приходится делать сотни измерений и изучать статистику". Ученые искали способы обхода этих сложностей путем предварительных испытаний на полимерных капсулах, а затем на клетках растений.

Дальнейшие планы исследователей – изучение с помощью ультразвука раковых клеток. "Раковая опухоль жестче здоровой ткани, – отмечает Одуан. – Измеряя упругость клеток при применении различных лекарств, можно будет понять, насколько эти лекарства способны останавливать рак на клеточном уровне".