Es una coreografía notable. En cada uno de nuestros cuerpos, más de 37 billones de células se coordinan estrechamente con otras células para organizarse en los numerosos tejidos y órganos que nos hacen tictac.
Dentro de nuestros cuerpos, las células están sujetas a todo tipo de ambientes y fuerzas a lo largo de la vida, y requieren métodos para cuantificar las propiedades mecánicas de las células y los tejidos.
"Hace unos años, el NCI inició este desafío en el marco de la Red de Ciencias Físicas en Oncología PSOC, y varios laboratorios en los Estados Unidos y Europa fueron invitados a participar", dijo el investigador de ASU Robert Ros, director de ASUCentro de Física Biológica y una facultad en el Departamento de Física y el Centro de Biofísica de Moléculas Individuales del Instituto de Biodiseño.
Ros es una experta dentro de una ciencia emergente dedicada a una mejor comprensión de las fuerzas mecánicas y físicas de rutina a las que pueden estar sometidas las células en el cuerpo.
Estas fuerzas incluyen el rafting de las células a través de corrientes fluviales rápidas de sangre circulante o grupos de mosh-pit de células vecinas abarrotadas dentro de tejidos y órganos que sirven para doblarlas, empujarlas, comprimirlas, cortarlas o deformarlas.
Y así, un equipo internacional compuesto por investigadores de ocho laboratorios diferentes se puso a trabajar, incluyendo: la Universidad Estatal de Arizona Robert Ros y los estudiantes graduados de ASU que realizaron los experimentos en ese momento, Jack Staunton y Bryant Doss, Johns HopkinsUniversidad, Universidad de Pensilvania, Universidad de Tufts, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Instituto Nacional del Cáncer, Universidad de París-Diderot, Universidad Técnica de Dresde y Universidad de Saarland en Alemania.
Juntos, se arremangaron para comprender mejor las fuerzas físicas y la mejor manera de optimizar la tecnología disponible. Querían comparar diferentes técnicas comunes y comprender las diferencias en los resultados de esas técnicas.
La fuerza dentro de nosotros
En el estudio, el equipo se centró en medir la rigidez, la flexión, la torsión y la viscosidad de las células individuales, centradas en una línea celular de cáncer de mama, utilizando la tecnología más avanzada a su disposición.
La forma en que las células cancerosas y sanas responden a este entorno, y si existen diferencias clave que puedan identificarse para futuras aplicaciones de diagnóstico fue de gran interés tanto para el NCI como para los físicos que asumieron el desafío del NCI.
"Todos los laboratorios recibieron del NCI las mismas células conocidas como células de cáncer de mama MCF-7 y acordamos condiciones similares para las mediciones", agregó Ros.
Pero antes de realizar sus mediciones, primero tenían que asegurarse de que todas las condiciones sutiles de las células en crecimiento en el laboratorio fueran las mismas, incluida la temperatura, la acidez de la solución o cuánto tiempo habían estado creciendo.
"Obtuvimos las mediciones de un total de seis técnicas en ocho laboratorios diferentes utilizando las mismas células mamarias del mismo lote, cultivadas en el mismo medio del mismo lote, todas directamente proporcionadas por el mismo banco de células de cultivo de tejidos", dijoRos.
En total, el equipo de investigación empleó seis tecnologías diferentes para aplicar fuerzas mecánicas a las células a través de una serie de escalas, desde una sola célula hasta células enteras y hasta una sola capa de células. También fue importante para el equipo lo rápido que podían hacerlas mediciones, que variaron desde el procesamiento de unas pocas celdas hasta más de 2,000 cada hora.
Más a la superficie
Tres de estos grupos, incluido Ros 'se centraron en un instrumento para realizar mediciones mecánicas celulares que a menudo representan los ojos de la nanotecnología, llamado Microscopía de fuerza atómica AFM.
Los AFM son una herramienta comercialmente disponible ampliamente utilizada en nanotecnología y bastante fácil de usar.
Los AFM son tan sensibles que pueden ver hasta el nivel de átomos individuales y, para el estudio, las fuerzas mecánicas dentro de la célula. Una sonda AFM, que es como un brazo tocadiscos y un tipo de aguja en forma de cono,puede aplicar una fuerza sobre la superficie de una sola celda y medir la deformación.
Las sondas se pueden intercambiar para medir las fuerzas celulares a diferentes escalas.
"En general, nuestros resultados destacaron cómo las propiedades mecánicas de las células pueden variar en órdenes de magnitud, dependiendo de la escala de longitud en la que se sondea la viscoelasticidad celular, desde decenas de nanómetros por ejemplo, el diámetro de una punta AFM hasta varios micrómetros del tamaño de una celda entera ", dijo Ros.
"Nuestra medición con una sonda AFM a nanoescala mostró que las propiedades mecánicas de las células son heterogéneas y varían considerablemente en una sola célula y de una célula a otra", dijo Ros. "Juntos, estos resultados muestran que las propiedades mecánicas de las células medidas porEl AFM puede diferir más de diez veces, según los parámetros de medición y las regiones sondeadas de las celdas, así como la dimensión del penetrador ".
siguiendo la corriente
Al aplicar un total de seis tecnologías diferentes, podrían doblar, empujar, torcer y estirar las células de manera similar a lo que pueden encontrar dentro del cuerpo.
Además de la tecnología AFM de ASU, esto también incluyó una sopa de tecnología alfabética: microscopía de fuerza atómica AFM, citometría de torsión magnética MTC, microrreología de seguimiento de partículas PTM, reometría de placa paralela PPR, monocapa celularreología CMR y estiramiento óptico OS ver figuras.
Se animaron especialmente cuando vieron resultados similares para cada una de las diferentes técnicas.
Además, sus últimos resultados ayudaron a confirmar los datos de estudios anteriores, cruzando un importante paso de verificación científica: que las mediciones podrían duplicarse.
Apertura de nuevas avenidas
Avanzando, de interés para el grupo de Ros está midiendo estas fuerzas mecánicas celulares dentro de entornos de cultivo de células 3-D que pueden imitar mejor las células dentro del cuerpo.
"Con este estudio, hemos sentado las bases para que nuestros resultados sean más propensos a las respuestas mecánicas diferenciales de las células a los diferentes perfiles de fuerza producidos por estos diferentes métodos, en lugar de solo errores aleatorios", dijo Ros.
Continuarán explorando diferentes tipos de células en diferentes entornos para ver si existe una fuerza mecánica que puede ser un nuevo tipo de "firma" celular que puede conducir a una nueva marca, un nuevo tipo de herramienta de diagnóstico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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