Una nuova tecnica che utilizza minuscole palline elastiche riempite con nanoparticelle fluorescenti mira ad ampliare la comprensione delle forze meccaniche che esistono tra le cellule, rapporto dei ricercatori. Un team guidato dall'Università dell'Illinois ha dimostrato la quantificazione delle forze 3D all'interno delle cellule che vivono in piastre di Petri e in campioni vivi. Questa ricerca potrebbe svelare alcuni dei misteri legati allo sviluppo embrionale e alle cellule staminali del cancro, cioè., cellule che ripopolano il tumore.

Per decenni, gli scienziati hanno lottato per quantificare le forze, chiamate trazioni, quella spinta, tirare e spremere le cellule durante il loro ciclo di vita. Gli strumenti disponibili per misurare la forza non erano abbastanza piccoli da adattarsi agli spazi intercellulari o abbastanza sensibili da rilevare i minuscoli movimenti all'interno delle colonie cellulari.

Sebbene piccolo a misura d'uomo, le grandezze di queste forze meccaniche sono tutt'altro che banali a livello cellulare. Secondo il nuovo studio, ricerche precedenti del gruppo dell'Illinois e altri indicano che la trazione svolge un ruolo fondamentale nella fisiologia cellulare.

Il team guidato dal professore di scienze meccaniche e ingegneria Ning Wang ha riportato i risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Se mettiamo una singola cellula in un mezzo all'interno di una capsula di Petri, non sopravviverà a lungo, anche se forniamo tutti i nutrienti necessari, "Ha detto Wang. "Le cellule non riescono a formare alcun tipo di tessuto perché non c'è supporto o impalcatura su cui costruire".

Man mano che le cellule crescono e si riproducono, esercitano forze l'uno sull'altro mentre competono per lo spazio. Il team ha scoperto che se iniettano le loro minuscole sfere elastiche in embrioni in fase iniziale di zebrafish e colonie di cellule di melanoma di topi in piastre di Petri, anche loro sperimentano le forze.

"Le cellule non sembrano preoccuparsi dell'intrusione, "Ha detto Wang. "Le sfere sono fatte di un microgel non tossico e anche se le cellule le spingeranno in giro, non sembrano interferire con lo sviluppo."

Per misurare la quantità di forza imposta sulle cellule, il team ha posizionato nanoparticelle fluorescenti all'interno delle sfere. Quando le cellule stringono le sfere, le nanoparticelle si muovono tutte della stessa quantità per area di forza. I ricercatori possono quindi misurare i movimenti delle particelle incandescenti utilizzando la microscopia a luce fluorescente per calcolare la quantità di forza esercitata sulle sfere e sulle cellule. Utilizzando questa tecnica, il team ha segnato la prima misurazione di successo di tutti e tre i tipi di forza:compressione, tensione e taglio, in tutte e tre le dimensioni, ha detto Wang.

Questa capacità di quantificare la forza nelle cellule può essere molto importante per la ricerca sulle cellule tumorali, ha detto Wang. Il team ha scoperto che quando le cellule tumorali del melanoma dei topi in vitro iniziano a riprodursi da una singola cellula a circa 100-200 cellule, lo sforzo di compressione non aumenta.

"Pensavamo che le cellule tumorali avrebbero generato più pressione in questa fase di crescita iniziale mentre la massa del tumore aumenta, come abbiamo osservato negli embrioni di zebrafish, ma non lo fanno, "Ha detto Wang. "Sospettiamo che le cellule tumorali inizino a diffondersi o metastatizzare subito dopo questa fase".

I tumori primari di solito non sono mortali, ha detto Wang. Il vero killer sembra essere la diffusione di cellule tumorali che ripopolano dai tumori primari nei tessuti molli, con basse trazioni intercellulari, come il midollo osseo, cervello, polmone e fegato. "Sebbene il meccanismo alla base della metastasi non sia chiaro, abbiamo ipotizzato che le cellule che ripopolano il tumore si diffondano molto rapidamente in questi tessuti molli secondari. Avere la capacità di misurare i cambiamenti nelle trazioni a livello intercellulare può servire come strumento di rilevamento precoce del cancro, "Ha detto Wang.

Questa tecnologia delle sfere di microgel può anche aiutare a svelare i meccanismi alla base di un farmaco sintetico che blocca le metastasi recentemente descritto da Wang e dai suoi colleghi. Inoltre, I coautori di Wang continuano ad applicare questa tecnologia alla ricerca sulle cellule staminali ed embrionali. "Quando altri ricercatori vedono questo nuovo potente strumento che abbiamo sviluppato, saranno entusiasti di usarlo in molte diverse fisiologia cellulare, sviluppo e applicazioni di malattie, "Ha detto Wang.