Apresentamos um método para investigar alterações osteoartríticas precoces no nível celular na cartilagem articular usando microscopia de força atômica (AFM).
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Artigo de método
Aplicação de microscopia de força atômica para detectar osteoartrite precoce
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
As propriedades biomecânicas das células e tecidos não apenas regulam sua forma e função, mas também são cruciais para manter sua vitalidade. Mudanças na elasticidade podem propagar ou desencadear o início de doenças graves como câncer ou osteoartrite (OA). A microscopia de força atômica (AFM) emergiu como uma forte ferramenta para caracterizar qualitativamente e quantitativamente as propriedades biomecânicas de estruturas-alvo biológicas específicas em escala microscópica, medindo forças em uma faixa tão pequena quanto o piconewton até o micronewton. As propriedades biomecânicas são de especial importância nos tecidos musculoesqueléticos, que são submetidos a altos níveis de tensão. AA como uma doença degenerativa da cartilagem resulta na ruptura da matriz pericelular (PcM) e no rearranjo espacial dos condrócitos incorporados em sua matriz extracelular (ECM). A interrupção no PCM e no ECM tem sido associada a alterações nas propriedades biomecânicas da cartilagem. No presente estudo utilizou-se a AFM para quantificar essas alterações em relação às mudanças específicas do padrão espacial dos condrócitos. A cada mudança de padrão, foram observadas mudanças significativas na elasticidade tanto para o PCM quanto para o ECM. Medir a elasticidade local permite, assim, tirar conclusões diretas sobre o grau de degeneração do tecido local em OA.
Introdução
Cartilagem articular é um tecido avascular, aneural. Os condrócitos pouco dispersos produzem, organizam e mantêm uma matriz extracelular expansiva (ECM) na qual estão incorporados. Como parte distinta e especializada do ECM, os condrócitos são cercados por uma fina camada de matriz especializada conhecida como matriz pericelular (PCM). O PCM atua como uma interface mecanosensível de matriz celular1 que protege os condrócitos2 e modula sua resposta biossintética3. Como descrito anteriormente4, na cartilagem saudável, os condrócitos são dispostos em padrões espaciais específi....
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Protocolo
As amostras de cartilagem humana foram obtidas de pacientes submetidos a artroplastia total do joelho no Departamento de Cirurgia Ortopédica do Hospital Universitário de Tuebingen, Alemanha, e no Hospital Winghofer, Rottenburg a.N., Alemanha, para o estágio final do joelho. A aprovação do comitê de ética departamental, institucional e local foi obtida antes do início do estudo (projeto nº 674/2016BO2). O consentimento informado por escrito foi recebido de todos os pacientes antes da participação. Os métodos foram realizados de acordo com as diretrizes aprovadas.
1. Preparação da amostra
- Preparando a cartilagem para secção criotome....
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Resultados
Ao longo do modelo fisiopatológico de cordas a cordas duplas, para pequenos e finalmente para grandes aglomerados, tanto ecm(Figura 3A) quanto PCM(Figura 3B)moduli elástico diminuiu significativamente entre cada mudança de padrão. A única exceção foi a diferença de ECM entre cordas e cordas duplas (p = 0,072). Os resultados mostram que a razão ECM/PCM (Figura 4B) não mudou significativamente, enquanto observou-se uma diminuição acen.......
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Discussão
Utilizando a AFM como uma técnica nova e poderosa para medir as propriedades biomecânicas dos materiais biológicos em um nível de nanoescala, medimos as propriedades elásticas do ECM e do PCM na cartilagem articular osteoartrítica humana. As amostras de cartilagem foram selecionadas de acordo com seu padrão espacial predominante de organização de condrócitos como um biomarcador à base de imagem para degeneração tecidual local. Como esperado, observou-se forte declínio nos valores de elasticidade tanto do ECM quanto do PC.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para revelar.
Agradecimentos
Agradecemos aos nossos co-autores da publicação original pela ajuda e apoio.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Anfotericina B | Merck | A2942 | |
| Microscópio de Força Atômica (AFM) | CellHesion 200, JPK Instruments, Berlim, Alemanha | JPK00518 | |
| Cabeça AFM | (CellHesion 200) JPK | JPK00518 | |
| Cola de amostra biocompatível | JPK Instruments AG, Berlim, Alemanha | H000033 | |
| Cantilever | ponta C, k e frac14; 7,4 N/m, All-In-One-AleTl, Sensores de Orçamento, Sofia, Bulgária | AIO-TL-10 | |
| Meio de Eagle modificado de Dulbecco (DMEM) | Gibco, Life Technologies, Darmstadt, Alemanha | 41966052 | |
| Microscópio de contraste de fase invertida (Integrado com AFM) | AxioObserver D1, Carl Zeiss Microscopy, Jena, Alemanha | L201306_03 | |
| Meio L-15 de Leibovitz sem L-glutamina | (Merck KGaA, Darmstadt, Alemanha) | F1315 | |
| Microesferas | Polysciences | 07313-5 | |
| Penicilina-Estreptomicina | Sigma | P4333 | |
| Aquecedor de placa de Petri associado ao AFM | JPK Instruments AG, Berlim, Alemanha | T-05-0117 | |
| Pena de bisturi | 2023-01 | ||
| Placas de cultura de tecidos | TPP Techno Plastic Products AG, Trasadingen, Suíça | TPP93040 | |
| Tissue-tek O.C.T. Compound | Sakura Finetek, Alphen aan den Rijn, Holanda | SA6255012 |
Referências
- Guilak, F., et al. The pericellular matrix as a transducer of biomechanical and biochemical signals in articular cartilage. Annals of the New York Academy of Sciences. 1068, 498-512 (2006).
- Peters, H. C., et al.
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Reimpressões e permissões
