(Phys.org) – Forskare har gift sig med två biologiska bildtekniker, skapa ett nytt sätt att lära sig hur bra celler blir dåliga.

"Låt oss säga att du har en stor population av celler, sa Corey Neu, en biträdande professor vid Purdue Universitys Weldon School of Biomedical Engineering. "Bara en av dem kan metastasera eller föröka sig, bildar en cancertumör. Vi måste förstå vad det är som ger upphov till den där dåliga cellen."

Ett sådant framsteg gör det möjligt att samtidigt studera cellers mekaniska och biokemiska beteende, som skulle kunna ge nya insikter om sjukdomsprocesser, sade postdoktor för biomedicinsk ingenjör Charilaos "Harris" Mousoulis.

Att kunna studera en cells inre funktion i detalj skulle sannolikt ge insikter i de fysiska och biokemiska reaktionerna på dess miljö. Teknologin, som kombinerar ett atomkraftmikroskop och kärnmagnetiskt resonanssystem, kan hjälpa forskare att studera enskilda cancerceller, till exempel, att avslöja mekanismer som leder fram till cancermetastaser för forskning och diagnostik.

Prototypens kapacitet demonstrerades genom att ta kärnmagnetiska resonansspektra av väteatomer i vatten. Fynden representerar ett bevis på konceptet för tekniken och beskrivs i en forskningsartikel som publicerades online den 11 april i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik . Tidningen var medförfattare av Mousoulis; forskare Teimour Maleki; Babak Ziaie, en professor i elektro- och datateknik; och Neu.

"Du kan upptäcka många olika typer av kemiska grundämnen, men i det här fallet är väte trevligt att upptäcka eftersom det är rikligt, Neu sa. "Du kan upptäcka kol, kväve och andra element för att få mer detaljerad information om specifik biokemi inuti en cell."

Ett atomkraftmikroskop (AFM) använder en liten vibrerande sond som kallas fribärande för att ge information om material och ytor på nanometerskalan, eller miljarddels meter. Eftersom instrumentet gör det möjligt för forskare att "se" föremål som är mycket mindre än möjligt med hjälp av ljusmikroskop, det kan vara idealiskt för att studera molekyler, cellmembran och andra biologiska strukturer.

Dock, AFM ger inte information om cellers biologiska och kemiska egenskaper. Så forskarna tillverkade en metallmikrospole på AFM-konsolen. En elektrisk ström passerar genom spolen, få den att utbyta elektromagnetisk strålning med protoner i molekyler i cellen och inducera en annan ström i spolen, som upptäcks.

Purdue-forskarna utför "mekanobiologi"-studier för att lära sig hur krafter som utövas på celler påverkar deras beteende. I arbete med inriktning mot artros, deras forskning inkluderar studiet av broskceller från knäet för att lära sig hur de interagerar med den komplexa matrisen av strukturer och biokemi mellan celler.

Framtida forskning kan inkludera att studera celler i "mikrofluidiska kammare" för att testa hur de svarar på specifika läkemedel och miljöförändringar.

En amerikansk patentansökan har lämnats in för konceptet. Forskningen har finansierats av Purdues Showalter Trust Fund och National Institutes of Health.