Las células tiemblan. De la misma manera que los sismólogos usan las vibraciones del planeta Tierra para caracterizar su estructura profunda, los científicos han descubierto una manera de usar las vibraciones dentro de las células para identificar sus propiedades mecánicas. Así nació el campo de la sismología celular.
"Desarrollamos una técnica única para mapear, en una escala de milisegundos, la elasticidad de los componentes dentro de una célula", dijo Guy Cloutier, investigador del Centro de Investigación del Hospital de la Universidad de Montreal CRCHUM y profesor de la Universidad de Montreal.. "Esto abre un campo de investigación completamente nuevo en mecanobiología para estudiar la dinámica de los desplazamientos dentro de las células y comprender el impacto de estas fuerzas en las enfermedades y los tratamientos".
La tecnología, llamada "elastografía de terremoto celular", se presenta en un artículo publicado hoy en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS.
La elasticidad es una propiedad fundamental de las células, relacionada con la anatomía, función y estado patológico de las células y tejidos. Un tumor canceroso se vuelve rígido. La aterosclerosis y los aneurismas vasculares comienzan con una pérdida de elasticidad en las células y arterias. Las células endoteliales liberan transmisoresque causan la vasoconstricción o vasodilatación de los vasos sanguíneos, dependiendo de las condiciones de cizallamiento mecánico asociadas con el flujo y la geometría de los vasos.
"Hasta ahora, ha sido difícil medir los cambios mecánicos que ocurren continuamente en las células", explicó Pol Grasland-Mongrain, un estudiante postdoctoral en el laboratorio de Guy Cloutier y el autor principal del estudio. "Con las técnicas actuales,Según la deformación celular, la microscopía de fuerza atómica y la dispersión de Brillouin, puede tomar varias docenas de minutos medir la elasticidad. Para ciertas aplicaciones, esto es demasiado lento porque pueden ocurrir miles de eventos en una célula, como transferencias de iones, estimulaciones neuronales ymuerte. Estos fenómenos serían más fáciles de rastrear si pudiéramos medir las propiedades mecánicas de las células muy rápidamente ".
Con un equipo simple que consta de un microscopio estándar, micropipetas y una cámara de alta velocidad, los investigadores desarrollaron un método revolucionario para observar, en tiempo real, los desplazamientos y las fuerzas presentes en los ovocitos de ratón. Según Greg FitzHarris, investigador de laCRCHUM, profesor de la Universidad de Montreal y uno de los colaboradores del proyecto, "con este nuevo método de imagen celular, podremos investigar nuevos mecanismos involucrados en la división celular durante la formación del embrión".
"Al principio, no teníamos idea del nivel de resolución espacial que podíamos esperar, que es lo que nos dio la idea de usar ovocitos de ratón", agregó Guy Cloutier. "Estas células son grandes, alrededor de 80 micronesde diámetro, y por lo tanto son más fáciles de ver con nuestra nueva técnica de microelastografía. En nuestros experimentos, pudimos observar vibraciones mecánicas en la celda que duran menos de una milésima de segundo, gracias a la cámara utilizada, que puede capturar 200,000 cuadrospor segundo ". A modo de comparación, una película suele tener solo 25 fotogramas por segundo.
Con las imágenes capturadas, estas vibraciones se pueden medir utilizando algoritmos de seguimiento de desplazamiento. Pero, ¿cómo se puede reconstruir un mapa de elasticidad intracelular a partir de estas vibraciones? La respuesta: mediante el uso de una técnica de correlación de ruido, un enfoque desarrollado por los sismólogos cuando midenlas vibraciones producidas por los terremotos para determinar la composición de las rocas subterráneas.
"Usamos este mismo principio para explorar la estructura interna de la célula desde un punto de vista mecánico, aplicando elastografía de ondas de corte a escala micrométrica", dijo Stefan Catheline, físico del Institut national de la santé et de la recherchemédicale INSERM e investigadora de la Universidad de Lyon en Francia. "Se envía una onda al interior de la célula a una velocidad proporcional a la elasticidad de los componentes con los que se encuentra, como el citoplasma, el núcleo u otros componentes celulares. La elasticidad esmedido evaluando la velocidad de las vibraciones en el tiempo y el espacio. "
Pol Grasland-Mongrain explicó el proceso por el que pasó para hacer sus observaciones: "Utilizando un actuador piezoeléctrico de micropipeta, indujimos vibraciones de alta frecuencia 15.000 ciclos por segundo en ovocitos vivos de ratón. Con las imágenes capturadas por la cámara,midió las vibraciones dentro de la celda, utilizando un algoritmo de flujo óptico desarrollado inicialmente para aplicaciones de ultrasonido. Luego, el algoritmo de correlación de ruido nos permitió mapear la elasticidad de toda la celda. Así, en este estudio, pudimos mostrar, entre otras cosas, que se produjo una reducción significativa en la elasticidad de los ovocitos de ratón cuando los ovocitos se trataron con citocalasina, una sustancia conocida por alterar su citoesqueleto ".
Esta innovadora tecnología de mapeo de elasticidad celular abre la puerta a muchas aplicaciones prácticas en biología y medicina, ya sea para cáncer, infección inducida por patógenos, cicatrización o ingeniería de tejidos. "Ahora que hemos demostrado la viabilidad de la tecnología, podemos encontrar-Afinar el método y desarrollar colaboraciones con expertos en biología celular y molecular, fisiología y mecanobiología para explorar el increíble potencial de este campo de investigación ", concluyó Guy Cloutier.
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Materiales proporcionado por Centro de Investigación del Hospital de la Universidad de Montreal CRCHUM . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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