密歇根州立大学、约翰霍普金斯大学和斯坦福大学的研究人员合作开发了一种基于纳米颗粒的活体成像技术，这种技术有一天可能被用于帮助诊断甚至治疗癌症。
该技术捕捉活的物体的机械特性，以探索物理和活的生物体生物学之间的基本关系。研究结果发表在今天的《材料》杂志上。
布莱恩·史密斯是密歇根州立大学生物医学工程副教授，他和同事一起开发了这种微小的粒子，这种粒子一旦进入活细胞，就能揭示细胞结构的重要信息。包括肿瘤细胞在形成肿瘤时的物理变化。
我们首次设计了一种测量和量化活体动物体内单个活细胞纳米力学特性的能力。史密斯说。
在今年早些时候的一项研究中，史密斯和他的团队设计了帮助解决纳米颗粒问题的纳米颗粒。动脉粥样硬化，斑块积聚在动脉中，可能导致心脏病发作。这些颗粒选择性地进入免疫系统的巨噬细胞，释放出一种药物，指示细胞吞噬有害斑块。
现在，史密斯和他的同事们已经用不同的纳米颗粒创造了一种技术，可以嵌入各种细胞类型，包括活的动物乳腺癌细胞。分析细胞内粒子的运动方式可以揭示细胞内部的物理特性。
以前没有任何方法可以检验活体的力学性能。例如，在哺乳动物中;具有较高的空间分辨率;史密斯说。这种技术有望为疾病诊断和治疗开辟全新的探索途径。
众所周知，生物组织的机械特性在许多疾病状态(包括心脏病、炎症和癌症)以及正常生理状态(如细胞迁移和机体发育)中起着重要作用。在目前的研究中，史密斯和他的团队首先使用纳米颗粒来比较细胞在培养过程中的力学特性。标准2D和3D —和活的动物。
跟踪纳米粒子的运动表明，观察细胞的环境对纳米粒子的力学性能有很大的影响。这可能意味着某些细胞模型可能不是活动物的有效表征。
这告诉对癌症力学感兴趣的癌症科学家，2D条件可能难以复制，而某些3D条件会更接近于模拟活老鼠体内的条件。史密斯说。
实验的下一部分是观察当癌细胞开始形成肿瘤时，它们的内部结构究竟发生了什么变化。以前的方法无法回答这个问题，因为它们的侵入性太强，无法在活体受试者中进行测试。
再一次，通过观察纳米颗粒在细胞内的运动，研究小组测量了纳米颗粒的顺应性。或者是柔软的细胞。重要的是，他们发现正常细胞;随着时间的推移，可塑性保持稳定，但随着癌细胞在一周内形成肿瘤，它们变硬了。
我们发现，当一个肿瘤开始在一只活老鼠体内形成时，单个肿瘤细胞会机械地变硬。这是一个基本的发现，最终可能会对癌症的扩散(转移)和肿瘤的致死率产生影响。史密斯说。这一发现是通过整合我们和合作伙伴最先进的成像和粒子跟踪技术而实现的。实验室.”
这项研究在医学上有许多有前途的应用。其中之一就是简单地评估哪种细胞培养方法足够像活的有机体来提供有意义的信息。另一种是测量生物体中常见生物功能(包括器官发育)的细胞力学特性。
史密斯说，也许最令人兴奋的应用是在疾病诊断和治疗方面。纳米颗粒可能被用来监测细胞的健康状况以及它们在疾病过程中所经历的变化类型。甚至可能改变这一进程。
史密斯和他的同事们计划研究癌症转移的形成和传播，90%的癌症死亡是由转移引起的。
我希望有一天我们能够治疗转移瘤的物理现象。他说。但是，我们必须首先理解这些机制，以及改变它们是如何影响细胞行为的。我们现在正在调查这件事。
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