Los investigadores informan que una nueva técnica que utiliza pequeñas bolas elásticas llenas de nanopartículas fluorescentes tiene como objetivo ampliar la comprensión de las fuerzas mecánicas que existen entre las células. Un equipo dirigido por la Universidad de Illinois ha demostrado la cuantificación de las fuerzas tridimensionales dentro de las células que vivenen placas de Petri, así como en especímenes vivos. Esta investigación puede descubrir algunos de los misterios relacionados con el desarrollo embrionario y las células madre cancerosas, es decir, las células repobladoras de tumores.
Durante décadas, los científicos han luchado para cuantificar las fuerzas, llamadas tracciones, que empujan, jalan y exprimen las células a lo largo de sus ciclos de vida. Las herramientas disponibles para medir la fuerza no eran lo suficientemente pequeñas como para caber en espacios intercelulares o lo suficientemente sensibles como para detectar los movimientos minúsculosdentro de colonias celulares.
Aunque pequeño a escala humana, las magnitudes de estas fuerzas mecánicas están lejos de ser triviales a nivel celular. Según el nuevo estudio, investigaciones previas realizadas por el grupo de Illinois y otros indican que la tracción desempeña un papel fundamental en la fisiología celular.
El equipo dirigido por el profesor de ciencias mecánicas e ingeniería Ning Wang informó sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Si colocamos una sola célula en un medio dentro de una placa de Petri, no sobrevivirá por mucho tiempo, incluso si proporcionamos todos los nutrientes necesarios", dijo Wang. "Las células no pueden formar ningún tipo de tejido porque haysin soporte o andamios sobre los cuales construir ".
A medida que las células crecen y se reproducen, ejercen fuerzas entre sí mientras compiten por el espacio. El equipo descubrió que si inyectan sus pequeñas esferas elásticas en embriones de pez cebra y colonias de células de melanoma de ratones en placas de Petri, también experimentanlas fuerzas.
"A las células no parece importarles la intrusión", dijo Wang. "Las esferas están hechas de un microgel no tóxico y, aunque las células los empujan, no parecen interferir con el desarrollo".
Para medir la cantidad de fuerza impuesta sobre las células, el equipo colocó nanopartículas fluorescentes dentro de las esferas. Cuando las células aprietan las esferas, todas las nanopartículas se mueven la misma cantidad por área de fuerza. Los investigadores pueden medir los movimientos deLas partículas brillantes utilizando microscopía de luz fluorescente para calcular la cantidad de fuerza ejercida sobre las esferas y las células. Mediante esta técnica, el equipo ha marcado la primera medición exitosa de los tres tipos de fuerza - compresión, tensión y corte - en los tresdimensiones, dijo Wang.
Wang dijo que esta capacidad para cuantificar la fuerza en las células puede ser muy importante para la investigación de las células cancerosas. El equipo descubrió que cuando las células tumorales de ratones con melanoma in vitro comienzan a reproducirse de una sola célula a aproximadamente 100 a 200 células, el estrés compresivo sí lo haceno aumentar
"Pensamos que las células cancerosas generarían más presión en esta etapa temprana de crecimiento mientras la masa del tumor aumenta, como observamos en los embriones de pez cebra, pero no lo hacen", dijo Wang. "Sospechamos que las células cancerosas comienzan a crecer".extenderse o hacer metástasis justo después de esta etapa ".
Los tumores primarios generalmente no son mortales, dijo Wang. El verdadero asesino parece ser la propagación de las células repobladoras de tumores de los tumores primarios a los tejidos blandos, con bajas tracciones intercelulares, como la médula ósea, el cerebro, los pulmones y el hígado ".Aunque el mecanismo subyacente para la metástasis no está claro, tenemos la hipótesis de que las células repobladoras de tumores se diseminan muy rápidamente en estos tejidos blandos secundarios. Tener la capacidad de medir los cambios en las tracciones a nivel intercelular puede servir como una herramienta de detección temprana del cáncer ", Wangdijo.
Esta tecnología de esfera de microgel también puede ayudar a desentrañar los mecanismos detrás de una droga sintética que detiene la metástasis recientemente descrita por Wang y sus colegas. Además, los coautores de Wang continúan aplicando esta tecnología a la investigación con células madre y embrionarias ".Los investigadores ven esta nueva herramienta poderosa que hemos desarrollado, estarán entusiasmados de usarla en muchas aplicaciones diferentes de fisiología celular, desarrollo y enfermedad ", dijo Wang.
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Materiales proporcionados por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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