Forskare har utvecklat en optisk elastografiteknik som kan revolutionera noggrannheten och lättheten för att hälso- och sjukvårdspersonal kan upptäcka biomekaniska förändringar av celler och vävnader.

En studie framtagen av ett internationellt samarbete mellan University of Exeter, Gloucestershire Hospitals NHS Foundation Trust, University of Perugia (Italien) och Institute of Materials of the National Research Council of Italy (IOM-CNR) tillämpade ett innovativt biofotoniskt tillvägagångssätt för att belysa hur de mikroskopiska processerna driver mekanisk modifiering i biologiska vävnader.

Teamet av experter, koordinerad av Dr Francesca Palombo från University of Exeter och Prof. Daniele Fioretto från University of Perugia, Italien, analyserat teknikens stora potential vid undersökning av vävnad i mikroskala.

Medan de mekaniska egenskaperna hos både celler och vävnader spelar en grundläggande roll för cellers funktion och hur sjukdom utvecklas, de traditionella metoderna för att studera dessa egenskaper kan vara begränsade och invasiva.

Forskare har nyligen använt Brillouin-mikroskopi - en form av bildbehandling som använder ljus för att skapa en akustisk mätning av cellerna och vävnaden - som ett sätt att utföra icke-invasiva studier av dessa biomekaniska egenskaper.

Dock, en komplicerande faktor i dessa mätningar är vattnets bidrag till både vävnads- och cellbiomekanik, såväl som själva Brillouin-spektrumet.

Nu, för den nya studien, teamet använde naturliga biopolymerhydrogeler för att efterlikna mänsklig vävnad och för att jämföra resultat med mätningar som tagits i mänskliga vävnadsprover.

De fann att den här nya tekniken tillåter undersökningar av vävnadsfunktionella egenskaper (och förändringar) till en subcellulär skala - vilket innebär att proffs kan få information från att analysera en ny spatiotemporal region av biologiska processer.

Resultaten av denna studie visar att, medan vatten spelar en viktig roll för att bestämma mekaniska egenskaper, effekten av det lösta ämnet inklusive proteiner, lipider och andra komponenter är uppenbara särskilt på viskositet, som är relevant för transport av metaboliter och aktiva molekyler.

Forskningen publicerades i Vetenskapens framsteg .

Dr Palombo, en docent i biomedicinsk spektroskopi vid University of Exeter, sa:"Vi försökte förstå grunderna för Brillouin-signaler i biomedicinska prover.

"Medan man tar ett steg tillbaka för att analysera grunderna i denna ljusspridningsprocess, vi gjorde ett betydande framsteg genom att vi nu förstår det utmärkande bidraget från gränssnittsdynamik, bortom bulkvatten, till det viskoelastiska svaret från biologiska vävnader.

"Detta har omfattande konsekvenser i de fasförändringarna, såväl som akustisk anisotropi, är idealiska scenarier där Brillouin-avbildning ger unik information. Vi arbetar fortfarande med att fastställa relevansen av denna teknik inom medicinsk vetenskap, men det är obestridligt att det erbjuder en ovärderlig kontrastmekanism för att upptäcka fysiologiska och sjukdomstillstånd."