På samma sätt som ett plockat lås ger bort att någon har brutit sig in i en byggnad, förstyvningen av en struktur som omger celler i människokroppen kan indikera att cancer invaderar annan vävnad.

Övervaka förändringar av denna struktur, kallas extracellulär matris, skulle ge forskarna ett annat sätt att studera sjukdomsförloppet. Men att upptäcka förändringar i den extracellulära matrisen är svårt att göra utan att skada den.

Purdue Universitys ingenjörer har byggt en enhet som gör det möjligt för sjukdomsspecialister att ladda ett extracellulärt matrisprov på en plattform och upptäcka dess styvhet genom ljudvågor. Enheten beskrivs i en studie publicerad i tidskriften Lab on a Chip och demonstreras i en YouTube-video på youtu.be/hPvY0Sj0vxY.

"Det är samma koncept som att kontrollera om det finns skador i en flygplansvinge. Det finns en ljudvåg som fortplantar sig genom materialet och en mottagare på andra sidan. Sättet som vågen fortplantar sig kan indikera om det finns någon skada eller defekt utan att det påverkar själva materialet. sa Rahim Rahimi, en Purdue biträdande professor i materialteknik, vars labb utvecklar innovativa material och biomedicinska apparater för att möta hälsovårdens utmaningar.

Varje vävnad och organ har sin egen unika extracellulära matris, ungefär som hur byggnader på en gata varierar i struktur beroende på deras syfte. Den extracellulära matrisen kommer också med "fasta telefoner, " eller strukturella och kemiska ledtrådar, som stödjer kommunikation mellan enskilda celler inrymda i matrisen.

Forskare har provat stretching, komprimera eller applicera kemikalier på prover av den extracellulära matrisen för att mäta denna miljö. Men dessa metoder är också benägna att skada den extracellulära matrisen.

Rahimis team utvecklade ett oförstörande sätt att studera hur den extracellulära matrisen svarar på sjukdom, giftiga ämnen eller terapeutiska läkemedel. Det första arbetet för denna studie utfördes i samarbete med Sophie Lelièvres labb, en professor i cancerfarmakologi vid Purdue, att identifiera hur riskfaktorer påverkar den extracellulära matrisen och ökar risken för att utveckla bröstcancer.

Enheten är ett "lab-on-a-chip" kopplat till en sändare och mottagare. Efter att ha hällt den extracellulära matrisen och cellerna den innehåller på plattformen, sändaren genererar en ultraljudsvåg som fortplantar sig genom materialet och triggar sedan mottagaren. Utsignalen är en elektrisk signal som indikerar styvheten hos den extracellulära matrisen.

Forskarna visade först enheten som ett proof-of-concept med cancerceller som finns i hydrogel, vilket är ett material med en konsistens som liknar en extracellulär matris. Teamet studerar nu enhetens effektivitet på kollagen extracellulära matriser.

Enheten kan lätt skalas upp för att köra många prover samtidigt, Rahimi sa, som i en array. Detta skulle göra det möjligt för forskare att titta på flera olika aspekter av en sjukdom samtidigt.