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A contratilidade do acto-miosina é um elemento essencial da mecânica celular ativa, impactando os comportamentos celulares da motilidade e proliferação para a diferenciação das células-tronco. Nos tecidos, a contratilidade impulsiona a atividade da separação polar na embriogênese, à constrição das vias aéreas e à atividade cardíaca. Criticamente, para gerar tensão, as células devem primeiro aderir ao seu ambiente extracelular. Ao fazê-lo, essa contratilidade gera forças de tração em seus arredores. A microscopia da força da tração (TFM) emergiu em uma multidão de formulários como uma maneira de quantificar estas forças das pilhas diversas circunstâncias diferentes.
O campo da TFM tem visto uma amplitude excepcional de inovação e aplicação, e os resultados têm pavimentado o caminho para novas perspectivas na biologia, que incorporam mecânica e forças físicas. Começando com enrugamento de substratos de silicone1, pesquisadores têm aplicado várias técnicas para medir as forças de tração celular. Estas abordagens têm sido continuamente melhoradas e alcançaram agora um nível de resolução na ordem de vários mícrons2. No entanto, surgiu um problema principal, que é a dificuldade em criar substratos de moduli adequadamente baixo usando os silicones disponíveis. Para contornar esse problema, a poliacrilamida foi adotada como um substituto devido à facilidade de criação de substratos na ordem de 1-20 kPa3. Recentemente implementamos silicones muito complacentes em TFM4, permitindo-nos fabricar a mesma gama de moduli como poliacrilamida, mas com as vantagens de silicone inerte e robusto.
As aproximações de TFM permitiram descobertas mechano-biológicas valiosas, entretanto, um lacuna persistente são sua complexidade, restringindo frequentemente seu uso aos investigadores nas disciplinas da engenharia ou das ciências físicas. Isto é devido em grande parte às calibrações detalhadas e cálculos desafiadores que são necessários para quantificar a contratilidade. Outro desafio significativo é que os métodos de TFM são em grande parte baixa taxa de transferência e, portanto, mal adaptados para estudar muitas condições diferentes ou populações simultaneamente5. Isso tem apresentado um gargalo, que tem dificultado a transferência de TFM a partir de um especialista em Biofísica configuração em aplicações biológicas e farmacológicas mais amplas.
Desenvolvemos recentemente uma placa TFM de formato multi-bem, que permite aos pesquisadores paralelizar suas medições de TFM para uma quantificação mais rápida das métricas de contratilidade, explorando o impacto de diferentes compostos e também usando menos reagentes4 . Esta metodologia tem ampla utilidade em diversos estudos de mecanobiologia, desde a avaliação dos efeitos de compostos na atividade celular, até a quantificação das alterações contrátil da diferenciação ou da doença.
Uma área de pesquisa biomédica que beneficiará grandemente da TFM é o estudo de como as pistas físicas impactam os fenótipos malignos das células cancerosas. A metástase, responsável para 90% de mortes Cancer-relacionadas, é caracterizada por pilhas cancerosas que saem de seu local original do tumor e que colonizar um local secundário. Para que as células migrem através do tecido e passem dentro e fora do sistema vascular, eles devem mudar radicalmente suas formas para espremer através dessas barreiras físicas, gerando forças substanciais para puxar seu caminho ao longo da matriz extracelular ou mover-se entre outros Células. Essas forças são transmitidas ao substrato por meio de interações de adesão focal2,3, podendo ser quantificadas usando TFM. Embora os cânceres sejam bioquimicamente excepcionalmente diversificados, com um repertório em expansão de mutações conhecidas e alterações protéicas, algumas mudanças físicas comuns foram observadas; em uma variedade de cânceres, incluindo câncer de mama, próstata e pulmão, as células metastáticas têm demonstrado exercer 2-3 vezes as forças de tração das células não metastáticas6,7,8. Estes resultados sugerem que pode haver uma forte correlação entre a progressão metastática e as forças de tração exercidas pelas células; Entretanto, as mudanças tempo-dependentes detalhadas na contractilidade são difíceis de examinar.
A transição epitelial-mesenquimais (EMT) é um processo pelo qual as células reduzem aderências-e aderência da célula celular mediada pela junção apertada, tornando-se mais migratórias e invasivas. Além de funções fisiológicas que incluem cicatrização de feridas e processos de desenvolvimento, o EMT também é um processo explorado durante a metástase, tornando-se um sistema de modelo útil para estudar esse processo. Usando TGF-β, podemos induzir o EMT em células epiteliais mamárias murinas (NMuMG)9 para quantificar diretamente as alterações físicas durante essa transformação, e caracterizar o tempo e os efeitos dose-dependentes de TGF-β em EMT e contratilidade celular. Neste artigo, nós Demonstramos a utilidade desta aproximação medindo as mudanças na contractilidade durante um EMT induzido.