Атомно-силовой микроскоп может исследовать не только морфологию, но и механику клеток. Известно, например, что механические свойства раковых и здоровых клеток различны, однако причины таких различий пока мало понятны. С. Айер из Потсдамского университета качественно исследовал различия между больными и здоровыми клетками шейного эпителия человека, предполагая наличие на поверхности клеток слоя ворсинок, отвечающего за взаимодействие с окружающей средой. Обработка кривых механической деформации, полученных для этих клеток, показала, что скорей всего ворсинки на здоровых клетках одинаковы, а на раковых клетках присутствуют ворсинки двух длин и заметно различной плотности. Таким образом, при механическом исследовании клеток важно принимать во внимание существование таких ворсинок.
Раковые клетки отличаются от обычных механизмами роста, морфологией, межклеточными взаимодействиями, организацией цитоскелета и взаимодействием с межклеточной матрицей. Большинство таких различий можно наблюдать с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), но для понимания этих зависимостей недостает статистически достоверных количественных данных, для получения которых необходимы кантилеверы строго определенной формы.
Хотя отличие раковых и нормальных клеток ожидаемо, здесь есть ряд вопросов. Например, недавно были обнаружены различия между ресничками на поверхности этих клеток – датчиками окружающей среды, микроворсинками, отвечающими за взаимодействия с окружающей средой, и волосистыми покрытиями, отвечающими за межклеточные взаимодействия. Зависимости смещения положения кантилевера от положения сканера (Рис. 1) показывают ожидаемо больший разброс для раковых клеток в соответствии с наличием большого числа взаимодействий, однако общий ход кривой одинаков для обоих типов клеток. При этом силовые зависимости, связанные с ворсинками, имеют разный характер для здоровых и раковых клеток (Рис. 2), и потому могут быть легко распознаны.
Чтобы объяснить ход этих кривых, ученые предположили, что в здоровой клетке он определяется ворсинками одного типа, и зависимость имеет вид
F=50kBTRN3/2exp(-2пh/L)L
(кантилевер радиуса R, температура T, равновесная толщина слоя ворсинок L). В случае же раковых клеток присутствуют два типа ворсинок (L1 и L2), и
F=50kBTR(N13/2exp(-2пh/L1)L1 + N23/2exp(-2пh/L2)L2).
Видно, что такая интерполяция хорошо описывает экспериментальные кривые. На изображениях со сканирующего электронного микроскопа также видно наличие этих ворсинок (Рис. 3), причем для нормальных клеток эти ворсинки короче и действительно имеют меньший разброс по длинам.