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La coltura in vitro di cellule muscolari provenienti sia da fonti umane che da roditori è possibile da decenni1,2. Tuttavia, mentre le preparazioni standard di vetrino coprioggetti sono utili per la valutazione biochimica, non facilitano l'analisi dell'output funzionale primario della cellula (contrattilità) e quindi hanno un valore piuttosto limitato come mezzo per valutare la maturazione e le prestazioni cellulari. Al fine di massimizzare la quantità di dati ottenibili da tali colture in vitro, è necessario far avanzare lo sviluppo di sistemi in grado di alloggiare tali cellule in configurazioni che consentano la valutazione in tempo reale delle loro prestazioni funzionali. La creazione di una moltitudine di modelli muscolari tridimensionali ha fatto alcuni progressi verso il soddisfacimento di questa esigenza, e tali sistemi sono stati utilizzati in numerose pubblicazioni come mezzo per valutare la capacità contrattile di cellule muscolari in coltura in vitro3-5. Sebbene tali sistemi siano inestimabili per la modellazione e gli studi di ricostruzione dei tessuti, sono limitati nella loro applicabilità per gli studi sulle risposte di singole cellule. Nei casi in cui sono necessari studi su singole fibre, le metodologie ex vivo complesse e laboriose rimangono l'unica opzione6-10. Inoltre, l'attuale movimento verso lo sviluppo di piattaforme complesse e multiorgano per lo sviluppo di farmaci e protocolli di screening richiede la creazione di sistemi non invasivi, facilmente scalabili e che si integrino facilmente con cellule di supporto e modelli tissutali11.
I cantilever su microscala offrono un metodo semplice per valutare la capacità contrattile funzionale di singole cellule/piccole popolazioni di cellule12,13. La tecnica si basa sulla tecnologia modificata della microscopia a forza atomica (AFM)14 e utilizza un sistema laser e un foto-rivelatore per misurare la deflessione a sbalzo su microscala in risposta all'attività contrattile del miotubo in coltura. Le equazioni di Stoney modificate vengono quindi utilizzate per calcolare lo stress nel miotubo e la forza esercitata dal miotubo per generare la deflessione del substrato osservata15. È stato scritto un programma di scansione che consente la valutazione simultanea di array cantilever multiplexati, offrendo potenziali applicazioni di throughput da moderato ad alto per studi di tossicità/efficacia dei farmaci15,16. Tale tecnologia può rivelarsi preziosa nello sviluppo di saggi funzionali e preclinici per prevedere l'efficacia dei farmaci in vivo. Inoltre, la fabbricazione di chip cantilever in silicio non ostacola l'elaborazione post-analisi delle cellule per saggi biomolecolari standard come l'immunocolorazione, il western blotting e la PCR.
Questo manoscritto fornisce istruzioni dettagliate sulla fabbricazione e la preparazione di cantilever in silicio su microscala, la configurazione hardware e software e le linee guida operative per valutare la funzionalità delle cellule contrattili coltivate su questi chip. Le tecniche standard di coltura cellulare possono essere implementate per la placcatura e la manutenzione delle cellule su queste superfici, quindi qualsiasi tipo di cellula contrattile per la quale esistono parametri di coltura affidabili dovrebbe essere in grado di integrarsi facilmente con questo dispositivo. I parametri di coltura 2D relativamente semplici utilizzati in questo sistema rendono semplice l'integrazione di altri modelli cellulari o l'aggiunta di tipi di cellule che possono interagire con il muscolo (come l'innervazione dei neuroni), aumentando notevolmente l'applicabilità di questo modello nello sviluppo di saggi funzionali in vitro più complessi e modelli multiorgano di sistemi di mammiferi.