Allo stesso modo di come una serratura scassinata rivela che qualcuno ha fatto irruzione in un edificio, l'irrigidimento di una struttura che circonda le cellule del corpo umano può indicare che il cancro sta invadendo altri tessuti.

Monitorare le modifiche a questa struttura, chiamata matrice extracellulare, darebbe ai ricercatori un altro modo per studiare la progressione della malattia. Ma è difficile rilevare i cambiamenti nella matrice extracellulare senza danneggiarla.

Gli ingegneri della Purdue University hanno costruito un dispositivo che consentirebbe agli specialisti in malattie di caricare un campione di matrice extracellulare su una piattaforma e rilevarne la rigidità attraverso le onde sonore. Il dispositivo è descritto in uno studio pubblicato sulla rivista Laboratorio su un chip e dimostrato in un video di YouTube su youtu.be/hPvY0Sj0vxY.

"È lo stesso concetto del controllo dei danni nell'ala di un aeroplano. C'è un'onda sonora che si propaga attraverso il materiale e un ricevitore dall'altra parte. Il modo in cui l'onda si propaga può indicare se c'è qualche danno o difetto senza influenzare il materiale stesso, " disse Rahim Rahimi, un assistente professore di ingegneria dei materiali alla Purdue, il cui laboratorio sviluppa materiali innovativi e dispositivi biomedici per affrontare le sfide dell'assistenza sanitaria.

Ogni tessuto e organo ha la sua matrice extracellulare unica, un po' come gli edifici in una strada variano nella struttura a seconda del loro scopo. La matrice extracellulare è dotata anche di "telefoni fissi, " o spunti strutturali e chimici, che supportano la comunicazione tra le singole celle alloggiate nella matrice.

I ricercatori hanno provato a fare stretching, comprimendo o applicando sostanze chimiche a campioni della matrice extracellulare per misurare questo ambiente. Ma questi metodi sono anche inclini a danneggiare la matrice extracellulare.

Il team di Rahimi ha sviluppato un modo non distruttivo per studiare come la matrice extracellulare risponde alle malattie, sostanze tossiche o farmaci terapeutici. Il lavoro iniziale per questo studio è stato eseguito in collaborazione con il laboratorio di Sophie Lelièvre, un professore di farmacologia del cancro alla Purdue, per identificare come i fattori di rischio influenzano la matrice extracellulare e aumentano il rischio di sviluppare il cancro al seno.

Il dispositivo è un "lab-on-a-chip" collegato a un trasmettitore e un ricevitore. Dopo aver versato sulla piattaforma la matrice extracellulare e le cellule in essa contenute, il trasmettitore genera un'onda ultrasonica che si propaga attraverso il materiale e quindi attiva il ricevitore. L'uscita è un segnale elettrico che indica la rigidità della matrice extracellulare.

I ricercatori hanno prima dimostrato il dispositivo come una prova di concetto con le cellule tumorali contenute nell'idrogel, che è un materiale con una consistenza simile a una matrice extracellulare. Il team sta ora studiando l'efficacia del dispositivo sulle matrici extracellulari di collagene.

Il dispositivo potrebbe essere facilmente ridimensionato per eseguire molti campioni contemporaneamente, Rahimi ha detto, come in un array. Ciò consentirebbe ai ricercatori di esaminare contemporaneamente diversi aspetti di una malattia.