Брайан Патчетт, научный сотрудник и преподаватель кафедры физики Университета долины Юты, расскажет о методе группы, который использует звуковые волны для манипулирования и исследования клеток, во время собрания Акустического общества Америки осенью 2015 года, которое состоится 2-6 ноября. в Джексонвилле, штат Флорида.Этот метод сочетает в себе низкочастотную ультразвуковую волну для левитации клеток и удержание их в одном слое внутри жидкости и высокочастотную ультразвуковую волну для измерения жесткости клеток.
«Акустическая волна — это волна давления, поэтому она распространяется как волна высокого и низкого давления. Улавливая звуковую волну между преобразователем, например динамиком, и отражающей поверхностью, мы можем создать« стоячую волну »в пространство между ними, — объяснил Патчетт. «Эта стоячая волна имеет неподвижные слои высокого и низкого давления, также известные как« противоузлы », и области,« узлы », где давление остается неизменным».
Эта стоячая волна позволила группе акустически левитировать клетки и изолировать их таким же образом, как и в их естественном состоянии — как если бы они находились в тканях человека или в кровотоке. Предыдущие работы в этой области основывались на «выращивании клеточных культур в чашке Петри, которая имеет тенденцию деформировать структуру, а также создавать всевозможные помехи», — сказал Патчетт.Значение работы группы состоит в том, что она сосредоточена на неизведанном методе измерения свойств клеток и того, как они меняются в процессе развития рака и болезней. «Жесткость клетки — это первичное изменение, обнаруживаемое с помощью нашего высокочастотного ультразвука; оно раскрывает подробную информацию о внутренней структуре клетки и о том, как она изменяется при определенных заболеваниях», — сказал Патчетт.
Метод группы также может помочь различать различные типы рака — например, агрессивный рак груди и менее агрессивные формы. «Изолируя клетки в монослое жидкости с помощью акустической левитации, мы обеспечиваем лучший метод определения жесткости клеток», — сказал Патчетт. «Этот метод может быть использован для изучения аспекта клеток, который изменяется во время болезни Альцгеймера, метастазирования рака или во время начала аутоиммунных реакций, чтобы лучше понять эти состояния и дать представление о возможных методах лечения».Один из ключевых выводов группы состоит в том, что «манипулируя формой волны, которую мы используем для левитации определенным образом, мы можем создавать более точные, четко определенные слои», — сказал Патчетт. «И, заимствуя из предыдущей работы по культивированию клеток, выполненной нашей группой, наш метод высокочастотного ультразвука выявляет изменения в жесткости клеток с высокой точностью. Изолируя клетки в левитирующем монослое, мы надеемся увидеть эти изменения более четко, чтобы мы можем лучше понять, что происходит внутри клетки и почему ».Какие приложения может найти этот метод? «Это действительно фантастический метод исследования аутоиммунных заболеваний», — отметил Тимоти Дойл, ведущий научный сотрудник проекта и доцент кафедры физики Университета долины Юты.
Что касается других применений, метод группы может найти применение в клиниках, больницах и хирургических центрах как способ немедленно обнаружить и охарактеризовать рак или другие заболевания.«Наш метод выявляет агрессивные типы рака груди, например, в операционной», — отмечает Патчетт. «Быстрее, чем современные методы патологии, это позволит врачам обеспечить более быструю оценку и более эффективные планы лечения для пациентов — персонализированные с учетом их конкретных потребностей, что, в свою очередь, в конечном итоге станет более экономичным в долгосрочной перспективе».
В ближайшем будущем группа планирует применить свой метод к широкому спектру биологических материалов, включая лейкоциты, подвергающиеся активации, что является частью иммунного ответа на болезнь.«Мы сотрудничаем с Институтом рака Хантсмана, входящим в систему здравоохранения Университета штата Юта, чтобы исследовать различные типы тканей молочной железы при левитации, чтобы усовершенствовать наши методы обнаружения патологий», — сказал Патчетт. «Наша цель — предоставить потенциально спасающие жизнь индивидуальные медицинские процедуры, основанные на нашей способности быстро и эффективно выявлять рак и заболевания у пациентов».