Esta secuencia de imágenes del microscopio de fuerza atómica (AFM) muestra los efectos antes y después de inhibir la función de una proteína clave en las células del cáncer de mama. Los investigadores que desarrollaron una forma de AFM de alta velocidad han demostrado cómo obtener imágenes de las propiedades físicas de las células vivas del cáncer de mama. revelando nuevos detalles. Aquí, Se pueden observar cambios en las propiedades de las células cancerosas. Crédito:imagen de la Universidad de Purdue / Arvind Raman
Los investigadores que desarrollaron una forma de microscopía de fuerza atómica de alta velocidad han demostrado cómo obtener imágenes de las propiedades físicas de las células vivas del cáncer de mama. por primera vez revelando detalles sobre cómo la desactivación de una proteína clave puede conducir a metástasis.
Los nuevos hallazgos también brindan evidencia de los mecanismos involucrados en la respuesta de una célula a los medicamentos contra el cáncer. dijo Arvind Raman, Profesor Robert V. Adams de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Purdue.
En microscopía de fuerza atómica (AFM), una pequeña sonda vibratoria llamada voladizo pasa sobre un material, caracterizando con precisión su topografía y propiedades físicas. Sin embargo, Hasta ahora, el procedimiento ha sido demasiado lento para registrar en acción algunos procesos biológicos que cambian rápidamente.
"Antes de este avance solo se podía ver el antes y el después, pero no lo que pasó en el medio, la dinámica del evento, ", Dijo Raman." Hay evidencia basada en este trabajo y nuestros hallazgos anteriores de que podría haber una firma mecánica para la resistencia a los medicamentos ".
Los modelos avanzados permiten a los investigadores convertir los datos de AFM en propiedades sobre el andamiaje interno de la celda, llamado citoesqueleto de actina cortical, incluido el movimiento de fibras llamadas actina.
Los hallazgos se detallan en un artículo que aparece el lunes (29 de junio) en la revista de investigación. Informes científicos , la revista de acceso abierto del Nature Publishing Group. Los investigadores utilizaron la técnica para estudiar las células del cáncer de mama, sondear una enzima clave llamada tirosina quinasa del bazo, o Syk.
Las quinasas provocan la fosforilación de proteínas, un proceso bioquímico que puede alterar las enzimas y juega un papel importante en una amplia gama de procesos celulares.
"Entonces, si apagas la quinasa, las proteínas se desfosforilan y luego pueden ocurrir cambios, "dijo Robert L. Geahlen, Profesor distinguido de química medicinal en Purdue. "Pudimos demostrar que la desactivación de esta quinasa altera muy rápidamente las propiedades físicas de la célula. Así que, sin duda, se debe a los eventos de fosforilación que están teniendo efectos inmediatos sobre las proteínas del citoesqueleto".
El artículo fue escrito por el ex estudiante de doctorado Alexander X. Cartagena-Rivera, ahora es un becario postdoctoral en el Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación de los Institutos Nacionales de Salud (NIDCD); Wen-Horng Wang, asociado de investigación postdoctoral de Purdue; Geahlen; y Raman.
Los investigadores estudiaron las células de cáncer de mama expuestas a un "inhibidor" químico que bloquea el funcionamiento de Syk, dejando las células libres para hacer metástasis. Debido al nuevo AFM de mayor velocidad, los investigadores por primera vez han podido observar qué sucede cuando se agrega el inhibidor.
Después de agregar el inhibidor, las bandas de actina se propagan a través de la célula, haciendo que la celda cambie de forma.
"Esto tarda unos 10 minutos, que es bastante rápido en comparación con muchos procesos biológicos, "Dijo Raman.
Las imágenes se pueden tomar a una velocidad de aproximadamente 50 segundos por cuadro.
"Antes de que hiciéramos esto, tomaba aproximadamente entre 15 y 20 minutos tomar un fotograma, que es demasiado lento para observar este proceso de transición, " él dijo.
Se demostró que las bandas de actina se mueven en un movimiento de barrido a través de la célula.
"Piensas en la actina como un andamio, pero es un andamio dinámico, ", Dijo Raman." Podemos ver bandas de actina que están dando vueltas y cambiando las propiedades físicas durante la transición, que no se entendía antes ".
Cuando Syk falta o está desactivado, las células de cáncer de mama se someten a un proceso llamado EMT, o transición epitelio-mesenquimal, provocando que se vuelvan muy móviles y sufran metástasis.
"Si esta quinasa está en las células, las células no pueden hacer metástasis, so we've been trying to figure out what the mechanisms are by which you have to get rid of this kinase in order to become highly motile and metastatic, " said Geahlen, who is affiliated with the Purdue Center for Cancer Research. "And that's one of the reasons we were looking at this particular type of cancer cell with this particular form of Syk in it."
One goal of the research is to correlate physical properties of cells with tumor suppression and the action of the kinase on the cell.
The advance in AFM technology was accomplished by two innovations:as the cantilever scans a cell it bends differently depending on the properties of the material being scanned. A laser measures this "deflection, " and models convert the data to reveal information about the material's composition. Previous applications of AFM microscopy to study live cells provided feedback on the amplitude and frequency of the vibrating cantilever, but not the deflection. Sin embargo, that approach takes too long to provide images of the quickly changing processes inside living cells. Providing feedback on the deflection instead has now been shown to increase the imaging speed 10-fold, making the method practical for studying cellular processes.
The other innovation is a technique that enables the cantilever to vibrate at two frequencies simultaneously.
"In one scan we can map the local physical properties of the cell, and we can do it fast enough that we compile maps of the changing cell, "Dijo Raman.
