CUSTOMER SUCCESS STORY

Význam tématu

Biomimetické hydrogely, které napodobují mechanické a funkční vlastnosti extracelulární matrix, představují klíčový nástroj pro výzkum buněčného prostředí, regenerativní medicíny a vývoj nových terapií. Schopnost současně měřit mechanické vlastnosti vzorku a sledovat změny v reálném čase pomocí mikroskopie otevírá nové možnosti pochopení interakcí mezi buňkami a jejich okolím.

Cíle a přehled studie

Ústav AIBN na University of Queensland se zaměřil na charakterizaci polyisocyanopeptidového hydrogelu, který vykazuje nelineární mechanické chování podobné přirozeným ECM. Hlavním cílem bylo:

• Vyvinout a implementovat přístrojové řešení umožňující současné měření reologie a zobrazování v konfokálním mikroskopu.
• Studovat vliv mechanického namáhání na strukturu a funkci biomimetického hydrogelu s buněčnými kulturami.

Použitá metodika a instrumentace

Pro detailní mikrorheologii a vizualizaci byl sestaven konfigurovaný systém Anton Paar MCR 502 WESP spojený s konfokálním laserovým skenovacím mikroskopem. Klíčové parametry:

• Rozlišení zobrazování až 60 nm v průměru.
• Možnost aplikace střihu, teplotních změn a kompresního namáhání.
• Integrovaná Peltierova deska pro kontrolu teploty vzorku.
• Modularita umožňující rozšíření o di-elektrický modul a DMA (dynamická mechanická analýza).

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace konfokal-reometru umožnila v reálném čase sledovat strukturální změny hydrogelu a buněk pod mechanickým namáháním. Výsledky prokázaly:

• Citlivé zachycení nelineární změny tuhosti při aplikaci střihové deformace.
• Prostorové zobrazení ligandů na povrchu buněk reagujících na mechanický podnět.
• Schopnost studovat fibrinové matrice a interakce buňka–matrix ve 3D.

Diskuse zdůraznila důležitost tuhosti konstrukce přístroje pro potlačení vibrací a dosažení nanometrové přesnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Nově vyvinuté řešení nabízí:

• Integraci reologických měření s pokročilou optickou mikroskopií v jednom přístroji.
• Unikátní platformu pro studium mechanobiologie, farmakologického screeningu a vývoje měkkých materiálů.
• Možnost přizpůsobení pro různé aplikace od mikrorheologie buněk až po charakterizaci biomateriálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího rozvoje:

• Miniaturizace a vývoj přenosných mikrorheologických zařízení pro klinické použití (rychlé testy ve zdravotnictví, bodové stanice).
• Integrace do mikrofluidních systémů a ružné di-elektrické aplikace v oblasti flexibilní elektroniky či biomimetických senzorů.
• Spolupráce na synchtrotronech či neutronových svazcích pro kombinovaná reologicko-strukturální měření.

Závěr

Konfokal-reometrická platforma založená na Anton Paar MCR 502 WESP představuje průlomovou metodu pro studie mechaniky biomimetických materiálů a buněčné mechanobiologie. Díky vysoké přesnosti, modularitě a možnosti přímé vizualizace přináší nový rozměr kvalitativních a kvantitativních dat. Tento přístrojový koncept má potenciál stát se standardem v řadě výzkumných oborů i v aplikované diagnostice.

Reference

1. R. K. Das a kol. Nature Materials 2016, 15, 318.
2. R. Hammink a kol. ACS Omega 2017, 2, 937.
3. S. M. Bruekers a kol. Cell Adh. Migr. 2016, 10, 495.
4. P. de Almeida a kol. Nat. Commun. 2019, 10, 609.