اسکن اولتراسوند – که بیشتر برای نظارت بر بارداری یا تصویربرداری از اندام ها شناخته می شود – می تواند برای تحریک سلول ها و هدایت عملکرد سلول استفاده شود. تیمی از محققان ایالت پن روشی ساده تر و مؤثرتر برای مهار فناوری برای کاربردهای زیست پزشکی ایجاد کرده اند.
این تیم یک تراشه مبدل اولتراسوند زیست سازگار و شفاف ایجاد کردند که شبیه یک اسلاید شیشه‌ای میکروسکوپ است و می‌توان آن را برای مشاهده آسان در هر میکروسکوپ نوری قرار داد. سلول ها را می توان مستقیماً در بالای تراشه مبدل کشت و تحریک کرد و تغییرات حاصل از سلول ها را می توان با تکنیک های میکروسکوپ نوری تصویربرداری کرد.
منتشر شده در مجله رویال انجمن شیمی آزمایشگاه روی یک تراشه، مقاله به عنوان مقاله جلد برای شماره دسامبر 2021 انتخاب شد. کاربردهای آینده این فناوری می تواند بر تحقیقات سلول های بنیادی، سرطان و علوم اعصاب تأثیر بگذارد.
سری-راجاسخار «راج» کوتاپالی، محقق و دستیار اصلی گفت: «در آزمایش‌های معمول تحریک اولتراسوند، یک ظرف کشت سلولی در یک حمام آب قرار داده می‌شود و یک مبدل اولتراسوند حجیم امواج اولتراسوند را از طریق محیط آب به سلول‌ها هدایت می‌کند. استاد مهندسی زیست پزشکی در ایالت پن. “این یک تنظیم پیچیده بود که نتایج قابل تکرار ارائه نمی کرد: نتایجی که یک گروه مشاهده کرد، حتی با استفاده از پارامترهای یکسان انجام نشد، زیرا چندین چیز وجود دارد که می تواند بر بقا و تحریک سلول ها در حالی که آنها در آب هستند تأثیر بگذارد. و همچنین نحوه تجسم آنها.”
کوتاپالی و همکارانش با ایجاد یک پلت فرم مبدل شفاف ساخته شده از ماده نیوبات لیتیوم پیزوالکتریک، تنظیمات تحریک اولتراسوند را کوچک کردند. مواد پیزوالکتریک با اعمال ولتاژ الکتریکی انرژی مکانیکی تولید می کنند. سطح زیست سازگار تراشه به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا مستقیماً روی مبدل کشت شوند و برای آزمایش‌های تحریک مکرر در طول چند هفته مورد استفاده قرار گیرند.
هنگامی که به منبع تغذیه متصل می شود، مبدل امواج اولتراسوند منتشر می کند که سلول ها را پالس می کند و باعث ورود و خروج یون می شود.
برای آزمایش این تنظیمات، کوتاپالی و تیمش سلول‌های سرطانی مثانه را روی تراشه کشت دادند. سپس آنها نشانگرهای کلسیم فلورسنت را در سلول ها قرار دادند تا به محققان اجازه دهند به وضوح تغییرات دینامیکی در سیگنال دهی کلسیم سلول را در زیر میکروسکوپ در طول تحریک مشاهده کنند.
کوتاپالی، یکی از همکاران موسسه سرطان ایالت پن، می‌گوید: «از آنجایی که سلول‌ها مستقیماً روی سطح مبدل شفاف قرار دارند، می‌توانیم تأیید کنیم که همه سلول‌ها به طور همزمان با استفاده از یک محرک اولتراسوند بر خلاف روش‌های معمولی تحریک می‌شوند. ، گفت. و برخلاف فرآیندهای قبلی، ما می‌توانیم تصاویر با وضوح بالا از بسیاری از سلول‌ها را در یک میدان دید واحد دریافت کنیم، زیرا می‌توانیم سلول‌ها را از فاصله نزدیک ببینیم.
از طریق مطالعه سلول های سرطانی مثانه، محققان اثبات مفهومی را برای تنظیم مبدل جدید ایجاد کردند. اما آنها می‌توانند این یافته‌ها را برای استفاده از تنظیم مبدل در کاربردهای بالقوه آینده، مانند تمایز سلول‌های بنیادی، تعدیل عصبی مکانیکی، تحویل دارو و باز کردن سد خونی مغزی گسترش دهند.
پاک کین وانگ، پروفسور مهندسی زیست پزشکی، مهندسی مکانیک و جراحی در ایالت پن و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «این تنظیم ساده برای محققان علاقه مند به تعدیل سلول ها و بافت ها با سونوگرافی ارزشمند خواهد بود. می توان از آن برای کشف کاربردهای جدید اولتراسوند درمانی مانند ایمونوتراپی متمرکز اولتراسوند استفاده کرد.
به گفته هائویانگ چن، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکتری تحت نظر کوتاپالی در مهندسی پزشکی، تراشه تحریک اولتراسوند کم هزینه، آسان برای ساخت، اندازه فشرده و مقیاس پذیر، و یکبار مصرف و قابل استفاده مجدد است.
چن گفت: رشد سلول ها روی تراشه با استفاده از روش های استاندارد کشت سلولی آسان است. این راه‌اندازی پارامترهای تحریک قابل کنترلی را برای انواع آزمایش‌ها فراهم می‌کند و می‌توان با تمام تکنیک‌های میکروسکوپ نوری مرسوم تصویربرداری کرد.»
علاوه بر کوتاپالی، وانگ و چن، دیگر مشارکت کنندگان در این مطالعه پیتر باتلر، استاد مهندسی زیست پزشکی ایالت پن و معاون آموزشی و برنامه های حرفه ای فارغ التحصیل بودند. دانشجویان فارغ التحصیل مهندسی زیست پزشکی نینگهائو ژو، محمد عثمان و شوبهام خنداره. و دانشجویان کارشناسی مهندسی زیست پزشکی رایان بیسکوویتز و جینیون لیو.
این مطالعه تا حدی توسط موسسه سرطان ایالت پن، یک کمک مالی چند رشته ای در ایالت پن و بنیاد ملی علوم تامین شد.
منبع داستان:
مواد ارائه شده توسط ایالت پن. نوشته اصلی توسط ماریا چوپرینسکی. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.