Исследователи из Вашингтонского государственного университета впервые продемонстрировали, что они могут использовать электрические поля для получения ценной информации о крошечных плавающих пузырьках, которые перемещаются в организме животных и растений и имеют решающее значение для многих биологических функций.
Новая техника может упростить и удешевить для исследователей получение важной информации о многих биологических процессах - от понимания распространения инфекции среди людей до улучшения методов доставки лекарств. Работа под руководством аспиранта Аднана Моршеда и Прашанты Датты, профессора Школы машиностроения и материаловедения, была опубликована в журнале Physical Review Fluids.
В основе большей части биологии лежат клетки и, в еще меньших масштабах, похожие на клетки пузырьки, которые плавают в жидкости и выполняют критически важную работу. Так, например, нейроны общаются в нашем мозгу через везикулы, которые переносят информацию и химические вещества от одного нейрона к другому. Вирус ВИЧ представляет собой еще одну крошечную везикулу. Со временем везикула, несущая ВИЧ, изменяется и становится более жесткой, что свидетельствует о том, что вирус становится более заразным.
Но изучение свойств этих крошечных и критически важных клеточных мешочков, которые перемещаются через организмы в жидкостях, было трудным, особенно когда исследователи добрались до мельчайших поплавков размером 40-100 нанометров. Для изучения биологических процессов в крошечных масштабах исследователи используют атомно-силовые микроскопы, которые требуют удаления пузырьков из их естественных плавающих домов. Процесс дорогой, громоздкий и медленный. Кроме того, извлекая их из естественной среды, биологические материалы также не обязательно демонстрируют свое естественное поведение, сказал Датта.
Исследовательская группа WSU разработала систему, которая использует микрожидкостную систему и электрические поля для лучшего понимания везикул. Подобно контролеру продуктового магазина, который идентифицирует продукты, когда они проходят через сканер, исследователи применяют электрические поля в жидкости, когда везикула проходит через узкую пору. Из-за электрического поля везикула движется, деформируется или реагирует по-разному в зависимости от ее химического состава. В случае с ВИЧ-везикулами, например, исследователи должны увидеть, как электрическое поле воздействует на более жесткие и более заразные пузырьки иначе, чем на более гибкие и менее заразные. Для доставки лекарств система может различать везикулы, содержащие большее или меньшее количество лекарства, даже если эти две клетки могут выглядеть идентичными под микроскопом.
«Наша система отличается низкой стоимостью и высокой пропускной способностью, - сказал Датта. «Мы действительно можем сканировать сотни образцов одновременно».
Он добавил, что они могут изменить скорость процесса, чтобы исследователи могли более внимательно наблюдать за изменениями свойств.
Исследователи разработали модель и протестировали ее с синтетическими липосомами, крошечными мешочками, которые используются для адресной доставки лекарств. Они надеются вскоре начать тестирование процесса с использованием более реалистичных биологических материалов.