Forskare vid NPL arbetade med Diamond Light Source för att publicera en studie som visar hur kemin hos mänskliga celler förändras, beroende på strukturen av deras extracellulära nisch, är viktiga bestämningsfaktorer för cellsvar och utvecklingsvägar. Uppsatsen publiceras i ACS Applied Materials &Interfaces .

Människokroppen genomgår förnyelse genom att specialisera "tomma" celler - kallade stamceller - till primära celler organiserade i vävnader enligt deras miljö. Miljön skapas av extracellulära matriser eller byggnadsställningar på vilka celler bygger upp vävnader och organ.

Cellsvar på dessa matriser ger prestandamått som är avgörande för utvecklingen av cellbaserad diagnostik och terapier. Några av de viktiga mätvärdena erhålls med hjälp av mikroskopi och biologiska analyser, som dock misslyckas med att fånga cellers kemi och hur den förändras vid olika cell-matrisgränssnitt.

Denna brist fortsätter att hämma framsteg inom hälsovård och teknisk innovation, eftersom kemi är den direkta återspeglingen av cellulära processer som är ansvariga för vävnadstillväxt och reparation.

Forskare vid NPL försökte ta itu med denna klyfta genom att spela in infraröda kartor över mänskliga primära celler och stamceller odlade på inhemska och syntetiska matriser.

Infraröd spektroskopi kan komma åt praktiskt taget all tillgänglig kemisk information i cellen men kan inte skilja cellen från dess matris eller känna igen olika delar av samma cell. Därför var ett korrelativt tillvägagångssätt som involverade användningen av fysisk avbildning, tillhandahållen av ljus- och atomkraftsmikroskopi, nödvändig för att styra kemiska spektra.

För att uppnå detta samarbetade NPL med strållinjeforskare vid Diamond Light Source, biologer från Sheffield och London Colleges och dataexpertis från Cambridge. Tillsammans utvecklade de en spektral avbildningsmetod som inte bara gjorde det möjligt för dem att erhålla kemiska kartor över enstaka celler utan också att korsjämföra sina kemisignaturer som svar på matriser som uppvisar distinkta fysikaliska egenskaper.

Deras studie visar också effektiviteten av korrelativa mätningar för att förklara cellbeteende vid cell-matris-gränssnitt i 2D, såväl som behovet av att utveckla analoga och mer avancerade metoder för att mäta cell-matris-gränssnitt i 3D, vilket leder till ett sätt att påverka hälso- och sjukvården. och lösningar för mänsklig vävnadsregenerering.

Max Ryadnov, NPL Fellow, sa:"Studien var ett spännande samarbete som gav oss viktiga insikter i hur den kemiska sammansättningen av mänskliga celler korrelerar med de fysiska förändringarna av de molekylära byggnadsställningarna som stöder deras tillväxt och utveckling. Studien också informerade nästa steg i vår utveckling med fokus på korrelativa mätningar av levande biologiska system."

Mer information: Emiliana De Santis et al, Hyperspektral kartläggning av mänskliga primära och stamceller vid cell-matrisgränssnitt, ACS Applied Materials &Interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17113

Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt

Tillhandahålls av National Physical Laboratory