Методика диагностики бронхиальной астмы

Определение механических свойств клеток помогает врачам диагностировать и отслеживать прогрессирование определенных заболеваний, в числе которых бронхиальная астма. Современные методы включают прямое зондирование клеток с помощью дорогостоящих инструментов, таких как атомно-силовые микроскопы и оптические пинцеты, которые обеспечивают прямой, инвазивный контакт с клетками.
Инженеры разработали способ оценки механических свойств клетки путем простого наблюдения. Исследователи используют микроскопию, чтобы отмечать постоянные движения частиц клетки — контрольные движения, которые могут быть использованы для расшифровки жесткости клетки. В отличие от применения оптических пинцетов, техника неинвазивна, что сводит к нулю риск изменить или повредить клетку, исследуя ее содержимое.
Жесткость или эластичность клетки могут многое объяснить – например, является ли она здоровой или больной. Известно, что раковые клетки более мягкие, чем обычно, в то время как клетки, пораженные бронхиальной астмой, могут быть довольно жесткими.
Еще в начале двадцатого века Альбертом Эйнштейном была получена формула, которая позволяет рассчитать механические свойства материала, наблюдая и измеряя движение частиц в нем. При этом любые движения частиц должны быть обусловлены влиянием температуры материала, а не внешними силами, действующими на частицы.
Внутри клетки органеллы, такие как митохондрии и лизосомы, постоянно реагируют на температуру клетки. Тем не менее, есть и другие составляющие, которые перемешивают окружающую цитоплазму, в виде белков и молекул.
Постоянное размытие активности в клетке затруднило возможность определить, какие движения вызваны температурой, а какие — более активными процессами, просто взглянув на клетку. Это ограничение, по словам авторов, затрудняет применение уравнения Эйнштейна и чистого наблюдения для измерения механических свойств клетки.
Ученые предположили, что может быть способ замечать температурные движения в клетке, включающий наблюдение за ней через камеру в очень узких временных рамках. Частицы, подпитываемые исключительно температурой, проявляют постоянное движение смещения. Независимо от того, когда происходит наблюдение за вращающейся при температуре частицей, она обязательно движется.
Напротив, активные процессы, которые влияют на частицы вокруг цитоплазмы клетки, оказывают воздействие изредка. Наблюдая за такими активными движениями, ученые выдвинули гипотезу, что при этом требуется наблюдение через камеру в течение более длительного периода времени.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи провели эксперименты на клетках меланомы человека, раковых клетках, которые были выбраны из-за способности быстро расти. Они вносили небольшие полимерные частицы в каждую клетку, затем отслеживали их движения под стандартным конфокальным флуоресцентным микроскопом. Также измерялась жесткость клеток путем внесения в них раствора соли — процесс, который выводит воду из клеток, делая их более сжатыми и жесткими.
Исследователи записывали видеоролики с разной частотой кадров и наблюдали, как движения частиц изменялись с жесткостью клетки. При частоте выше десяти кадров в секунду заметно было, в основном, смешение частиц на месте; эти вибрации, по-видимому, вызывались только температурой. Только при более низких частотах кадров ученые обнаруживали более активные случайные движения, причем частицы двигались на более широкие расстояния в цитоплазме.
Сравнив свои расчеты жесткости с фактическими измерениями, выполненными с использованием оптических пинцетов, ученые установили, что их данные соответствовали измерениям только тогда, когда они использовали движение частиц, захваченных на частотах десяти кадров в секунду и выше, что показало — движения частиц, происходящие на высоких частотах, действительно вызваны температурой.
Результаты команды предполагают, что если исследователи будут наблюдать клетки с достаточно высокой частотой кадров, они смогут изолировать движения частиц, которые обусловлены исключительно температурой, и определят их среднее смещение — значение, которое можно напрямую использовать в уравнении Эйнштейна для вычисления жесткости клетки.
В данный момент команда начала сотрудничать с Массачусетской больницей, в надежде использовать новую неинвазивную технику для изучения клеток, участвующих в развитии рака, бронхиальной астмы и других болезней, в которых свойства клеток изменяются по мере прогрессирования заболевания.

Источник: Journal of the Mechanics and Physics of Solids

Еще по теме
Среди пациентов, которым когда-то диагностировали астму, диагноз не может быть подтвержден примерно в трети случаев у людей, не использующих ежедневно лекарственные препараты, или у тех, кому такие препараты были отменены. ...
Читать далее
Два лекарственных препарата, используемых для лечения астмы и аллергии, могут оказаться полезными в предотвращении  формы пневмонии, которая способна убить до 40% заразившихся ей людей, обнаружили  исследователи из Университета Вирджинии.Гриппозная пневмония ...
Читать далее
Беременные курящие женщины с большей вероятностью бросят вредную привычку, если смогут научиться управлять негативными эмоциями, которые приводят к курению, показало новое исследование, проведенное учеными из Исследовательского института Буффало. Работы, проведены ...
Читать далее
Американские специалисты обеспокоены недавней вспышкой болезни легионеров (легионеллез) среди населения. Люди с астмой, аллергией и заболеваниями легких подвержены риску больше остальных. Департамент здравоохранения Нью-Йорка проводит исследование, сосредоточенное исключительно на градирнях ...
Читать далее
У новорожденного внезапно развивается пневмония, у подростка наблюдается приступ астмы, а женщина жалуется на одышку и боль в груди - это лишь несколько симуляций, которые научная компания и ее воспитатели-медсестры ...
Читать далее
Бронхиальная астма: ошибки диагностики
Препараты от астмы помогут при пневмонии?
Бронхиальная астма, беременность и курение
Бронхиальная астма и легионеллез
Симулятор бронхиальной астмы

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

7 + 4 =