Gli scienziati guadagnano la migliore comprensione di come l'allungamento ripetitivo delle celle endoteliali che allineano arterie può renderli in buona salute e resistenti alle malattie vascolari

I ricercatori del UCSD hanno allungato le celle in una camera di allenamento la dimensione di una carta di credito per guadagnare una migliore comprensione di come l'allungamento ripetitivo delle celle endoteliali che allineano arterie può renderli in buona salute e resistenti alle malattie vascolari.

I ricercatori della bioingegneria al banco del Jacobs del UCSD di assistenza tecnica riferiranno nell'emissione del 1° novembre degli atti dell'Accademia nazionale delle scienze (PNAS) che le celle endoteliali arteriose sottoposte all'allungamento ripetuto (10 per cento della loro lunghezza, di 60 volte al minuto) hanno prodotto le schiere intracellulari “delle fibre di sforzo„ parallele in alcune ore.

Le prove sono state eseguite sulle celle endoteliali che allineano l'aorta di una mucca, ma le celle endoteliali dell'aorta umana si pensano che reagissero similmente. Le fibre di sforzo sono state fatte di actina, una proteina fibrosa che fa parte del macchinario che le elasticità muscle la sua capacità di contrarrsi. L'actina egualmente dà a virtualmente tutte le celle la loro capacità di fare “un citoscheletro interno.„ Le fibre di sforzo delle celle endoteliali in arterie sono parallelo stato allineato all'asse lungo dei vasi sanguigni e questo allineamento è perpendicolare alla direzione di allungamento ritmico causata da un cuore battente. Un tal orientamento delle fibre di sforzo è un marchio di garanzia dei vasi sanguigni sani, ma gli scienziati corrente capiscono pochi dei fattori responsabili della generazione della quella configurazione.

Gli elastici e la maggior parte degli altri materiali flessibili reagiscono all'allungamento formando le grinze di sforzo parallele alla direzione in cui stanno tirandi. Tuttavia, le celle endoteliali dell'aorta bovina sana non si sono comportate che il modo nelle prove ha eseguito nel laboratorio di Shu Chien, un co-author del documento di PNAS e un professore della bioingegneria e medicina e Direttore dell'istituto di Whitaker di assistenza tecnica biomedica al UCSD. Quando Chien ed i suoi collaboratori hanno allungato avanti e indietro le celle lungo un asse nelle camere miniatura di allenamento, le celle hanno formato le fibre di sforzo perpendicolari alla direzione dell'allungamento. “Questo orientamento delle fibre dell'actina può essere pensato a come un controllo feedback in cui gli sforzi esterni imposti alla cella sono ritenuti internamente ad un grado molto diminuito,„ ha detto Chien.

Collega post-dottorato Roland Kaunas, ora un assistente universitario di assistenza tecnica biomedica alla Texas A&M University, con l'aiuto dell'assistente di laboratorio del UCSD Phu Nguyen, trovato che le celle unstretched o le celle che sono state allungate soltanto 1 per cento della loro lunghezza hanno contenuto le fibre dell'actina senza l'orientamento direzionale. Tuttavia, mentre hanno aumentato l'allungamento ritmico da 3 per cento di una lunghezza delle cellule a 10 per cento, le fibre di allungamento si sono trasformate in in perpendicolare sempre più orientato alla direzione d'allungamento.

Nell'individuazione più significativa nell'articolo di PNAS, che è stato fatto il 24 ottobre accessibile in linea, il gruppo di Chien ha riferito che quando una proteina intracellulare chiamata Rho chimicamente è stata inibita, le fibre di sforzo si sono sviluppate nella direzione “sbagliata„; si sono sviluppate parallele piuttosto che il perpendicolare alla direzione di allungamento delle cellule. Senza Rho, le celle hanno perso la loro capacità di orientare correttamente le fibre di sforzo. “Il Rho è una molecola molto importante,„ ha detto Chien. “Funziona in risposta a e di concerto con, l'allungamento fisico per generare l'allineamento sano delle fibre di sforzo.„ Effettivamente, quando il gruppo di Chien ha usato una tecnica genetica per aumentare l'attività del Rho, quelle celle hanno coltivato le fibre di sforzo nella direzione sana ad una soglia più bassa di allungamento.

“Finora, non è stato indicato che c'è un'equivalenza e una cooperazione fra gli stimoli meccanici e biochimici per regolamentare l'orientamento adeguato di queste fibre di sforzo,„ ha detto Kaunas. “Effettivamente, abbiamo trovato che le fibre di sforzo orientate in tale maniera per gestire il loro livello di sforzo - non too little e non troppo.„

Chien e Kaunas hanno collaborato con il ricercatore del UCSD Shunichi Usami, che ha contribuito alla progettazione delle camere miniatura di allenamento. Le membrane della gomma di silicone dentro le camere sono state ricoperte di proteina che ha permesso che le celle endoteliali aderissero alle membrane in un modo simile a come fissano al tessuto di fondo del vaso sanguigno nell'organismo. I ricercatori hanno isolato le celle endoteliali dall'aorta bovina, hanno coltivato le celle in matracci di cultura e li hanno seminati sulle membrane del silicone. Dopo che le celle si sono sviluppate nei livelli confluenti, “un penetratore„ del tipo di pistone è stato programmato per spingere ripetutamente nella parte di sotto delle membrane e per ritirare. Il moto di 60 ciclo-per-minuti del penetratore ha simulato i movimenti d'allungamento di un vaso sanguigno in risposta alla pressione sanguigna dicaduta prodotta da un cuore battente.

I ricercatori egualmente hanno dimostrato che l'inibizione di Rho o di proteina relativa ha chiamato Rho che la chinasi ha provocato la perdita dell'allineamento sano delle fibre di sforzo come pure di allineamento dei siti di aderenza in cui quelle fibre di sforzo avrebbero fissato alla membrana cellulare. Questi nuovi risultati indicano chiaramente che il Rho e gli sforzi fisici cooperano per produrre gli allineamenti sani delle fibre di sforzo,„ hanno detto Chien. “Dobbiamo capire come le celle possono percepire la forza meccanica e raggiungere questo effetto benefico con l'attivazione del Rho ed egualmente dobbiamo identificare altre proteine che possono partecipare a questo meccanismo di controllo feedback.„