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Ao longo das últimas décadas, a importância das propriedades mecânicas do ambiente de uma célula tem aumentado o reconhecimento na biologia celular. Diferentes tecidos e matrizes extracelulares têm diferentes rigidez relativa e, à medida que as células migram por todo o corpo, elas navegam nessas mudanças, utilizando essas propriedades mecânicas para orientá-las1,2,3 , 4. º , 5. º , 6 anos de , 7. Cells use a rigidez de um determinado tecido para informar seu comportamento motile durante processos tais como o desenvolvimento, a cura da ferida, e a metástase do cancro. No entanto, os mecanismos moleculares que permitem a sensação e a resposta a essas entradas mecânicas permanecem em grande parte desconhecidos1,2,3,4,5, 6 anos de , o 7.
A fim de estudar os mecanismos através dos quais as células respondem às pistas ambientais físicas, a rigidez ou rigidez do substrato subjacente às células aderentes deve ser manipulada. Em 2000, Chun-min lo, Yu-li Wang e os colegas desenvolveram um ensaio8 pelo qual a resposta motile de uma célula individual à mudança de pistas mecânicas poderia ser testada diretamente pelo alongamento da matriz extracelular deformável (ECM)-revestido de poliacrilamida hidrogéis em que as células foram chapeadas. As células exibem uma preferência significativa pela migração para substratos mais rígidos, um fenômeno que eles apelidaram de "durotaxis".
Desde o relatório original em 2000, muitas outras técnicas foram empregadas para o estudo do durotaxis. Gradientes de rigidez íngreme foram fabricados por géis de fundição sobre características rígidas, tais como grânulos de poliestireno9 ou postes de polímero rígido10 ou por polimerizar o substrato em torno das bordas de uma lamínulas de vidro11 para criar mecânica ' limites dos passos». Alternativamente, os hidrogéis com gradientes de rigidez mais rasos, mas fixos, foram fabricados por uma variedade de métodos, como gradientes de chapéu cabeado criados por dispositivos microfluílicos12,13 ou gotas de solução hidrogel lado a lado de diferentes rigidez8, ou hidrogéis com chapéu cabeado fotorativo tratados com exposição à luz UV graduada para criar um gradiente de rigidez linear14,15. Estas técnicas têm sido usadas com grande efeito para investigar o movimento celular durotactic en masse ao longo do tempo. Entretanto, tipicamente estas características são fabricadas adiantado do chapeamento de pilha e suas propriedades permanecem consistentes sobre o curso da experimentação, confiando no movimento aleatório da pilha para a amostragem de Gradients mecânicos. Nenhuma dessas técnicas é capaz de observar mudanças rápidas no comportamento celular em resposta ao estímulo mecânico agudo.
A fim observar respostas celulares às mudanças agudas no ambiente mecânico, os ensaios da única pilha durotaxis oferecem diversas vantagens. Nestes ensaios, as células individuais recebem um estímulo agudo e mecânico, puxando o substrato subjacente para longe da célula com uma micropipeta de vidro, introduzindo assim um gradiente direcional da tensão da célula-matriz. As mudanças no comportamento do motile, tais como a velocidade ou a direção da migração, são observadas então pela microscopia de contraste da fase da vivo-pilha. Essa abordagem facilita a observação direta das relações de causa e efeito entre estímulos mecânicos e migração celular, pois permite a manipulação rápida e iterativa da direção e magnitude do gradiente de tensão e da avaliação da conseqüente respostas celulares em tempo real. Além disso, este método também pode ser usado para estimular mecanicamente as células que expressam proteínas de fusão fluorescente ou biossensores para visualizar alterações na quantidade, atividade ou localização subcelular de proteínas suspeitas de estarem envolvidas em mecanosensoriamento e durotaxis.
Esta técnica tem sido empregada por grupos que estudam durotaxis8,16 e é descrito aqui como foi adaptado pelo laboratório de Howe para estudar o comportamento durotáctico de SKOV-3 células cancerosas ovarianas e os mecanismos moleculares que Underly durotaxis17. Adicionalmente, um método modificado é descrito para a fabricação de hidrogéis com uma única, mesmo camada de microesferas fluorescentes perto da superfície da cultura da pilha; Isso facilita a visualização e otimização de gradientes de deformação gerados por micropipeta e pode permitir a avaliação da contratilidade celular por microscopia de força de tração.