UCLA-biofysiker har utvecklat en ny metod för att snabbt bestämma en enskild cells styvhet och storlek – vilket i slutändan kan leda till förbättrade behandlingar för cancer och andra sjukdomar.

Metoden gör det möjligt för forskare att göra standardiserade mätningar av enstaka celler, bestämma varje cell styvhet och tilldela den ett nummer, vanligtvis mellan 10 och 20, 000, i en måttenhet som kallas pascal. Pascals kan användas för att kvantifiera alla material från en cell till gummi, trä, titan och diamant.

"Att mäta celler med vårt kalibrerade instrument är som att mäta tid med en standardiserad klocka, " sa seniorförfattaren Amy Rowat, UCLA docent i integrativ biologi och fysiologi. "Vår metod kan användas för att få styvhetsmätningar av hundratals celler per sekund."

Metoden, kallas kvantitativ deformerbarhetscytometri, eller q-DC, använder en liten enhet (ungefär en tum gånger två tum), som är gjord av en mjuk, flexibelt gummi liknande det material som används för kontaktlinser; den har integrerade kretschips, som de i datorer. Forskarna använder gelpartiklar som innehåller molekyler som härrör från tång - med en textur som liknar Jell-O, vars styvhet de känner - för att tvinga celler genom enheten. Cellerna kläms genom små porer, cirka 10 gånger mindre än bredden på ett enda människohår. När cellerna strömmar ner genom enheten, forskarna tar videor med tusentals bilder per sekund – mer än 100 gånger snabbare än standardvideo.

Huvud författare, UCLA doktorand Kendra Nyberg, byggde enheten och har placerat miljarder celler genom den. För denna forskning, som publiceras i Biofysisk tidskrift , Rowat och Nyberg rapporterade om bröstcancerceller. Cancerceller är i allmänhet två till fem gånger mindre stela än normala celler.

I framtiden, läkare kan använda metoden för att spåra en patient över tid för att se hur ett läkemedel påverkar patientens cancerceller, sa Rowat. Tumörceller kan extraheras från personen eller tas från en biopsi och analyseras genom enheten, som Rowat designat.

Forskningen kommer att ge forskare en mer exakt, standardiserad metod för att skilja cancerceller från normala celler. Det kommer sannolikt också att göra det möjligt för läkare så småningom att förutsäga hur invasiv en cancercell kan vara, och vilka läkemedel som kan vara mest effektiva för att bekämpa cancern. Metoden kan också hjälpa till att avslöja vilka proteiner som är viktiga för att reglera invasionen av en cancercell - vilket kan vara användbart eftersom forskare har molekylärbiologiska verktyg för att blockera vissa proteiner.

"Genom att använda q-DC, vi kan mycket snabbt bedöma hur specifika läkemedelsbehandlingar påverkar fysiska egenskaper hos enskilda celler, som form, storlek och styvhet, och uppnå kalibrerade, kvantitativa mätningar, sade Rowat, medlem i UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center.

Forskarna utökar nu metoden för att tillämpa den på andra typer av cancerceller. De skulle vilja bättre förstå sambandet mellan en cancercells fysiska egenskaper och hur lätt cancerceller kan spridas genom kroppen. Rowats hypotes är att sådana egenskaper som styvhet, cellstorlek och en cells förmåga att ändra form är viktiga för att cancerceller ska kunna manövrera.

Rowat och Nyberg kan även mäta andra typer av celler, såsom sickleceller och röda blodkroppar (som förändras vid diabetes).

Rowat och kollegor rapporterade in Vetenskapliga rapporter 2015 en screeningsmetod som kallas parallell mikrofiltrering som använder information om en cells fysiska egenskaper för att klassificera många olika typer av cancerceller.