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Este método simplificado para medir quantitativamente a contração em centenas de milhares de células de cada vez em diferentes condições de tratamento e usando apenas instrumentos de microscopia padrão fornece uma alternativa acessível ao TFM tradicional para os pesquisadores estudarem a biologia da força celular. Como a tecnologia apresentada fornece uma exibição visual da contração celular analisando mudanças em micropatters fluorescentes regularmente moldados, a magnitude da contração produzida por qualquer célula é intuitivamente compreendida - quanto menor a micropatteria, maior a força contratil exercida pela célula.
Notavelmente, ao oferecer controle sobre fatores como forma, área de disseminação e molécula de adesão que compreende os micropatterns (todos os fatores conhecidos por regular a contração celular22,23,24), a tecnologia apresentada elimina sistematicamente variáveis adicionais que podem confundir interpretações de estudos de contração celular.
Neste experimento, foi utilizada rigidez de 10 kPa no gel e um micropattern de 70 μm (comprimento diagonal) composto por colágeno tipo IV. Além desses parâmetros, a molécula adesiva pode ser substituída por várias collagens, fibronectina, gelatina e outras matrizes extracelulares (ECM). A rigidez do gel pode ser ajustada até 0,1 kPa, e até a faixa MPa. A geometria de micropattern pode ser projetada de novo para ser qualquer forma com tamanho mínimo de característica de ~5 μm. Esses parâmetros são dissociados e podem ser otimizados independentemente para um contexto biológico específico.
Esta tecnologia foi extensivamente validada para ser compatível com tipos de células altamente adesivas e contratuais de um fenótipo mesenquimal, incluindo vários tipos de células musculares lisas (bexiga humana primária, células-tronco intestinais, traqueais, brônquias, uterinas, aórticas e arterias), células-tronco mesenquimais e suas prole diferenciadas, vários fibroblastos (pulmonares, dérmicos e cardíacos), miofibroblasts e células endoteliais. Além disso, macrófagos derivados de monócitos também produzirão grande força fagocítica mensurável nos micropatterns, particularmente se o micropattern consiste em uma opsonina conhecida. Várias linhas de câncer também podem ser avaliadas usando o método.
O método pode representar alguns desafios para o uso com células relativamente pequenas, como células T e neutrófilos, ou tipos de células com um fenótipo predominantemente epitelial. A principal razão para isso é que o método conta com forte adesão e completa disseminação de células sobre o micropattern, a fim de gerar o sinal contratil mensurável. Células que se ligam fracamente, se ligam umas às outras ou não se espalham completamente não produzirão sinais contratuais mensuráveis. Esses comportamentos, relativamente raros, podem ser mitigados ajustando o tamanho da micropattern para ser menor, ou usando moléculas adesivas alternativas dentro dos micropatterns que promoverão melhor a adesão e a disseminação nessas células.
Os usuários da tecnologia devem avaliar cuidadosamente diferentes formulações médias de cultura celular possíveis para seu tipo de interesse celular particular, já que diferentes componentes, fatores de crescimento, níveis de soro e sensibilidades ao pH podem conduzir comportamentos variáveis em diferentes células. A otimização do protocolo deve preceder o dimensionamento de quaisquer fluxos de trabalho experimentais, e os componentes de mídia devem ser sempre frescos, estéreis e consistentes com lotes anteriores.
Em última análise, se a resolução unicelular não for necessária para os objetivos de um usuário ou se o tipo de célula alvo tiver capacidade mínima de difusão, então o TFM tradicional pode ser igual ou mais adequado para tais experimentos. O objetivo e a esperança dos autores é que esta ferramenta forneça um caminho adicional para os biólogos celulares estudarem a contração celular, particularmente no contexto de telas de drogas fenotípicas automatizadas de alto rendimento.
Específicas para usos futuros em telas de drogas, podem ser usadas placas de rendimento mais elevado, como uma placa FLECS de 384 poços. Nessas placas, os objetivos 4x em muitos microscópios podem capturar um único poço inteiro em seu campo de visão, garantindo que todas as respostas contratuais celulares sejam capturadas. Usando um sistema de imagem de alto rendimento, uma placa inteira de 384 poços pode ser imageda em aproximadamente 5 minutos, tornando este sistema dramaticamente mais rápido do que outras opções, e, portanto, adequado para a descoberta de drogas fenotípicas de alto rendimento. De fato, os autores rotineiramente executam telas de drogas semanais em ~50 384-wellplates (totalizando mais de 19.000 poços) usando automação.