Combinación de actuador de fuerza magnética 3D e imágenes de fluorescencia multifuncionales para estudiar la mecanobiología del núcleo

Miao Huang; Heyang Wang; Alfredo A. Delgado; Tyler A. Reid; Julian Long; Shu Wang; Hayley Sussman; Juan Guan; Hitomi Yamaguchi; Xin Tang

doi:10.3791/64098

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Artículo de método

Combinación de actuador de fuerza magnética 3D e imágenes de fluorescencia multifuncionales para estudiar la mecanobiología del núcleo

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DOI:

10.3791/64098

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5 de julio de 2022

Miao Huang¹^,⁵ , Heyang Wang¹^,⁵ , Alfredo A. Delgado¹ , Tyler A. Reid¹ , Julian Long² , Shu Wang³^,⁵ , Hayley Sussman⁴ , Juan Guan⁵^,⁶^,⁷ , Hitomi Yamaguchi¹ , Xin Tang¹^,⁵^,⁸^,⁹

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Herbert Wertheim College of Engineering, University of Florida, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Florida, ³Department of Biostatistics, University of Florida, ⁴Department of Biomedical Engineering, College of Engineering (COE), University of Delaware (UD), ⁵UF Health Cancer Center, University of Florida, ⁶Department of Physics, College of Liberal Arts and Sciences, University of Florida, ⁷Department of Anatomy and Cell Biology, College of Medicine, University of Florida, ⁸J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering, University of Florida, ⁹Department of Physiology and Functional Genomics, University of Florida

En este artículo

Resumen

Este estudio presenta un nuevo protocolo para aplicar directamente fuerza mecánica en el núcleo celular a través de microperlas magnéticas entregadas en el citoplasma y para realizar imágenes fluorescentes simultáneas de células vivas.

Resumen

Una pregunta fundamental en mecanobiología es cómo las células vivas perciben los estímulos mecánicos extracelulares en el contexto de la fisiología y patología celular. Se cree que la mecano-sensación celular de los estímulos mecánicos extracelulares es a través de los receptores de membrana, el complejo proteico asociado y el citoesqueleto. Los avances recientes en mecanobiología demuestran que el núcleo celular en el citoplasma puede detectar independientemente los estímulos mecánicos simultáneamente. Sin embargo, falta una comprensión mecanicista de cómo el núcleo celular detecta, transduce y responde a los estímulos mecánicos, principalmente debido a los desafíos técnicos para acceder y cuantificar la mecánica del núcleo mediante herramientas convencionales. Este documento describe el diseño, fabricación e implementación de un nuevo actuador de fuerza magnética que aplica estímulos mecánicos 3D precisos y no invasivos para deformar directamente el núcleo celular. Utilizando células diseñadas con CRISPR / Cas9, este estudio demuestra que esta herramienta, combinada con imágenes fluorescentes confocales de alta resolución, permite la revelación de la dinámica en tiempo real de una proteína asociada a sí mecanosensible (YAP) en células individuales en función de la deformación del núcleo. Este método simple tiene el potencial de cerrar la brecha tecnológica actual en la comunidad mecanobiológica y proporcionar respuestas a la brecha de conocimiento que existe en la relación entre la mecanotransducción del núcleo y la función celular.

Introducción

Este estudio tiene como objetivo desarrollar y aplicar una nueva técnica para dilucidar la mecanobiología del núcleo mediante la combinación de los actuadores magnéticos que aplican fuerza mecánica directamente sobre el núcleo celular y la microscopía de fluorescencia confocal que simultáneamente imágenes de los cambios subcelulares estructurales y funcionales. Las células detectan señales biofísicas extracelulares, incluida la rigidez tisular ^1,2,3,4, la presión del líquido intersticial y la tensión de cizallamiento