Техника крошечных сенсоров выявляет клеточные силы, участвующие в генерации тканей

Новая методика, разработанная исследователями Университета Брауна, выявляет силы, задействованные на клеточном уровне в процессах формирования и роста биологических тканей. Этот метод может быть полезен для лучшего понимания того, как работают эти процессы, и для изучения того, как они могут реагировать на токсины окружающей среды или лекарственную терапию.


Как описано в журнале БиоматериалыВ этом методе используются сферы размером с клетку, сделанные из высокопрочного полимерного материала, которые могут быть помещены в лабораторные культуры тканеобразующих клеток. По мере развития процесса тканеобразования микроскопическое изображение сфер, окрашенных флуоресцентным красителем, показывает степень их деформации под давлением окружающих клеток. Затем вычислительный использует эту деформацию для расчета сил, действующих в клеточной микросреде.

«Мы знаем, что механические силы являются важными стимулами в формировании и развитии тканей, но на самом деле измерить эти силы довольно сложно», – сказал Эрик Дарлинг, доцент медицинских наук, инженерии и ортопедии в Brown. «Эти сферы, которые мы разработали, дают нам чрезвычайно чувствительную технику для измерения этих сил с течением времени в одном образце. И мы можем делать это с несколькими образцами одновременно на 96-луночном планшете, так что это высокопроизводительный метод. также.”

Исследование было результатом сотрудничества лаборатории Дарлинга и лаборатории Ханиша Кесари, доцента инженерных наук Брауна и специалиста по механике твердого тела. Дарлинг и аспирант Роберт Гутьеррес разработали сферы и провели с ними эксперименты с культурами клеток, а Кесари и аспирант Вэньцян Фанг разработали вычислительный алгоритм для расчета сил.

Сферы сделаны из полимера, называемого полиакриламидом. По словам Дарлинга, сферы не оказывают видимого влияния на поведение вновь формирующихся тканей, а полиакриламидный материал обладает механическими свойствами, которые очень согласованы и регулируются, что позволило сделать сферы достаточно мягкими, чтобы их можно было измерить под действием клеточных сил.

«Ключом к этому является получение тщательно контролируемого материала с очень точной формой, а также точно настроенной и однородной механической жесткостью», – сказал Кесари. «Если мы знаем свойства сфер, мы можем сфотографировать, как меняются их формы, и подавить силы, необходимые для этих изменений».

В качестве доказательства концепции исследователи провели серию экспериментов по измерению сил, участвующих в мезенхимальной конденсации – процессе, в котором группируются вместе и в конечном итоге дифференцируются в тканеспецифические типы клеток. Этот процесс играет центральную роль в формировании зубов, костей, хрящей и других тканей.

В одном эксперименте команда включила сенсорные сферы в культуры клеток, которые собирались вместе, чтобы образовать многоклеточные шары. Микроскопические изображения культур делались каждый час в течение 14 часов, что позволяло команде отслеживать изменения сил, задействованных в каждой культуре с течением времени. Эксперименты показали, что силы, участвующие в конденсации мезенхимы, сильно варьировались в течение первых 5 часов процесса или около того, прежде чем стабилизировались в гораздо более устойчивом профиле сил. Исследователи говорят, что это был первый раз, когда такая динамика силы была измерена.

Чтобы подтвердить, что сферы действительно чувствительны к клеточным силам, команда повторила эксперимент, используя культуры, обработанные ингибитором цитоскелета, лекарством, которое ослабляет крошечные сократительные двигатели внутри клетки. Как и ожидалось, сферы обнаружили заметно более слабые силы в культурах, обработанных препаратом.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments