Un video transcurrido veinticuatro horas muestra las células tumorales de melanoma de ratones apretando y girando una esfera de microgel elástica llena de nanopartículas fluorescentes. Crédito:Ning Wang.
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. informe de los investigadores. Un equipo dirigido por la Universidad de Illinois ha demostrado la cuantificación de las fuerzas tridimensionales dentro de las células que viven en placas de Petri, así como en muestras vivas. Esta investigación puede revelar algunos de los misterios relacionados con el desarrollo embrionario y las células madre cancerosas. es decir., células repobladoras de tumores.
Por décadas, los científicos han luchado por cuantificar las fuerzas, llamadas tracciones, ese empujón, tiran y exprimen las células a lo largo de sus ciclos de vida. Las herramientas disponibles para medir la fuerza no eran lo suficientemente pequeñas para caber en los espacios intercelulares o lo suficientemente sensibles para detectar los minúsculos movimientos dentro de las 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 del grupo de Illinois y otros indican que la tracción juega un papel fundamental en la fisiología celular.
El equipo dirigido por el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas 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 forman ningún tipo de tejido porque no hay soporte o andamiaje sobre el cual 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 diminutas esferas elásticas en embriones de pez cebra en etapa temprana y colonias de células de melanoma de ratones en placas de Petri, ellos también experimentan las fuerzas.
"A las células no parece importarles la intrusión, "Dijo Wang." Las esferas están hechas de un microgel no tóxico y aunque las células las 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. Luego, los investigadores pueden medir los movimientos de las partículas brillantes utilizando microscopía de luz fluorescente para calcular la cantidad de fuerza ejercida sobre las esferas y las células. Usando esta técnica, el equipo ha marcado la primera medición exitosa de los tres tipos de fuerza:compresión, tensión y cizallamiento, en las tres dimensiones, Dijo Wang.
Esta capacidad de cuantificar la fuerza en las células puede ser muy importante para la investigación de células cancerosas. Dijo Wang. El equipo descubrió que cuando las células tumorales de melanoma de ratones in vitro comienzan a reproducirse de una sola célula a alrededor de 100 a 200 células, la tensión de compresión no aumenta.
"Pensamos que las células cancerosas generarían más presión en esta etapa de crecimiento inicial mientras aumenta la masa del tumor, como observamos en embriones de pez cebra, pero ellos no, ", Dijo Wang." Sospechamos que las células cancerosas comienzan a extenderse o hacer metástasis justo después de esta etapa ".
Ning Wang, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería de Illinois, izquierda, los estudiantes de posgrado Erfan Mohagheghian y Gaurav Chaudhary, y los investigadores postdoctorales Junwei Chen y Jian Sun están midiendo las fuerzas mecánicas dentro de las células para ayudar a descubrir algunos de los misterios del desarrollo embrionario y el cáncer. Crédito:L. Brian Stauffer
Los tumores primarios generalmente no son mortales, Dijo Wang. El verdadero asesino parece ser la diseminación de las células repobladoras de tumores desde los tumores primarios hasta los tejidos blandos, con bajas tracciones intercelulares, como la médula ósea, cerebro, pulmón e hígado. "Aunque el mecanismo subyacente de la metástasis no está claro, Hemos planteado 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. "Dijo Wang.
Esta tecnología de esfera de microgel también puede ayudar a desentrañar los mecanismos detrás de una droga sintética que detiene la metástasis descrita recientemente por Wang y sus colegas. Además, Los coautores de Wang continúan aplicando esta tecnología a la investigación con células madre y embrionarias. "Cuando otros investigadores ven esta nueva y poderosa herramienta que hemos desarrollado, estarán encantados de usarlo en muchas fisiologías celulares diferentes, aplicaciones de desarrollo y enfermedades, "Dijo Wang.
