细胞机械特性的变化是癌症发展的最早迹象之一。到目前为止，在癌症诊断中使用力学的主要障碍之一是缺乏标准化的测量程序来保证结果的可重复性和可靠性。由于克拉科夫波兰科学院核物理研究所参与的欧洲科学合作，这一障碍现已消除。

当健康细胞转变为癌细胞时，它们的机械特性会发生变化。这一观察结果可以用于快速检测患者的癌症，但前提是所采集样本的机械测量是真正可靠的。迈向这一目标的重要一步是标准化测量的建议，该建议刚刚发表在著名的科学杂志《纳米尺度》上。这篇发表的文章是来自阿姆斯特丹、巴塞罗那、不来梅、里尔、马赛、米兰等欧洲大学的科学家和位于克拉科夫的波兰科学院(IFJ PAN)核物理研究所几年合作的结果。

1999年，IFJ PAN表明，与健康细胞相比，癌细胞的特点是细胞骨架的变形能力增强，使它们更容易挤过狭窄的血管和/或淋巴系统并形成转移。今天，我们知道，乳腺癌、肠癌、膀胱癌或前列腺癌的细胞在肿瘤转化的早期阶段就已经变软了，而其他类型的细胞，如白血病，则变得更硬。虽然细胞机械特性的改变也可能是由其他因素引起的，比如炎症，但它的存在显然使得对患者进行进一步、更精确的检查是不可避免的。

Malgorzata Lekka教授(IFJ PAN)说:“如果我们有一个可重复的测量程序，在适当的实验室设备的帮助下，我们可以迅速检测到细胞机械特性的异常，强烈地表明患者体内发生癌症变化的可能性。”他指出，这里的术语“迅速”有双重含义:“一方面，我们可以尝试在癌症发展的初始阶段诊断癌症，而其他测试通常还没有显示出显著的细胞变化。另一方面，测量过程本身并不是很繁琐——它不需要大量的生物材料或花费很多时间。”

使用原子力显微镜(AFM)可以测量细胞生物力学特性的变化。这种类型的设备通常用于微观世界的成像，甚至在允许检测单个原子的尺度上。这里重要的一点是，在AFMs中，一个精确定义的力可以通过探针施加到被研究的基板上。如果底物是一个细胞，它的力学响应可以确定弹性系数(杨氏模量)，并在此基础上得出关于细胞膜甚至细胞核附近结构的弹性的结论。

原子力显微镜不是最昂贵的实验室仪器之一，但也不能说便宜。幸运的是，有更简单的版本:一种叫做压痕器的设备，它缺乏成像功能，但完全足以研究细胞的机械特性。

“因此，迄今为止，限制我们癌症诊断方法发展的主要因素不是设备的成本，而是缺乏合适的测量程序。坦率地说，在不同的实验室、不同制造商的仪器、不同制备的样品上获得的结果，没有足够的可重复性，不能作为对进一步医疗行动方向负责任的决定的基础，”Lekka教授解释说。

在他们最新的论文中，国际研究小组证明，通过遵循精心开发的程序，无论在哪里进行测量或使用的设备的制造商，相同的杨氏模量值将始终得到相同的细胞。除其他事项外，该方案包括样品制备，测量仪器的校准以及如何分析结果。为了提高测量的可靠性，必须考虑到肿瘤细胞沉积在坚硬基质上的影响。

细胞力学特性的变化比癌症的光学变化发生得更早，因此提出的方法将使疾病比以前更早地被发现。这一进展的价值可能会因不同类型的癌症而有所不同，但这只能由未来的研究来确定。然而，可以肯定的是，这种新的诊断方法比目前用于癌症诊断的光学技术更敏感。标准化测量程序的使用，加上自动数据记录和分析，将允许在更短的时间内进行测试。病人只需几天就能收到结果，而不是等待数周才能得到结果。

在不久的将来，研究人员打算进一步减少假阳性诊断的数量，并在选定的疾病实体的研究中测试该程序。在机械检测癌症病变的技术进入医院之前，仍有必要进行临床试验阶段，这将与感兴趣的医疗单位合作进行。

关于癌细胞力学的研究工作是作为Phys2BioMed项目的一部分进行的，该项目由欧盟地平线2020计划的Marie Sk?odowska-Curie资助。