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Gli scienziati sviluppano la tecnica unica per mappare l'elasticità delle componenti delle cellule

Gli scienziati a Université de Montréal hanno sviluppato una tecnica unica per mappare, su una scala dei millisecondi, l'elasticità delle componenti dentro una cella.

Tremito delle cellule. Piuttosto nello stesso modo che i sismologi usano le vibrazioni di pianeta Terra per caratterizzare la sua struttura profonda, gli scienziati hanno scoperto un modo usare le vibrazioni all'interno delle celle per identificare i loro beni meccanici. Così nasceva il campo di sismologia delle cellule.

“Abbiamo sviluppato una tecnica unica per mappare, su una scala dei millisecondi, l'elasticità delle componenti dentro una cella,„ ha detto Guy Cloutier, un ricercatore all'università di centro di ricerca dell'ospedale di Montreal (CRCHUM) e professore a Université de Montréal. “Questo apre un intero nuovo campo di ricerca in mechanobiology per studiare la dinamica degli spostamenti dentro le celle e per capire l'impatto di queste forze sulle malattie e sui trattamenti.„

La tecnologia, chiamata “elastography di tremito delle cellule„, è presentata in un articolo pubblicato oggi negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze (PNAS).

L'elasticità è i beni fondamentali delle celle, relativi all'anatomia, alla funzione ed allo stato patologico delle celle e dei tessuti. Un tumore cancerogeno diventa rigido. L'aterosclerosi e gli aneurismi vascolari cominciano con una perdita di elasticità nelle celle e nelle arterie. Le celle endoteliali rilasciano i trasmettitori che causano la vasocostrizione o la vasodilatazione dei vasi sanguigni, secondo gli stati meccanici della tosatura connessi con flusso e la geometria dell'imbarcazione.

“Finora, è stato difficile da misurare i cambiamenti meccanici che si presentano continuamente in celle,„ ha spiegato il politico Grasland-Mongrain, un apprendista post-dottorato nel laboratorio di Guy Cloutier e l'autore principale dello studio. “Con le tecniche correnti, in base a deformazione delle cellule, microscopia della forza e scattering atomici di Brillouin, può richiedere parecchio dozzina minuti ad elasticità della misura. Per determinate applicazioni, questo è molto troppo lento perché migliaia di eventi possono accadere in una cella, quali i trasferimenti dello ione, gli stimoli del neurone e la morte delle cellule. Questi fenomeni sarebbero più facili da tenere la carreggiata se potessimo misurare molto rapidamente i beni meccanici delle celle.„

Con strumentazione semplice che consiste di un microscopio standard, delle micropipette e di una macchina fotografica ad alta velocità, i ricercatori hanno messo a punto un metodo rivoluzionario di osservazione, in tempo reale, gli spostamenti e delle forze presenti negli ovociti del mouse. Secondo Greg FitzHarris, un ricercatore al CRCHUM, professore di Université de Montréal ed uno dei collaboratori del progetto, “con questo nuovo metodo cellulare della rappresentazione, potremo studiare i nuovi meccanismi coinvolgere nella divisione cellulare durante la formazione dell'embrione„.

“In principio, non abbiamo avuti idea del livello di risoluzione spaziale cui potremmo sperare per, che è che cosa ci ha dato l'idea di usando gli ovociti del mouse,„ Guy Cloutier aggiunto. “Queste celle sono grandi - circa 80 micron di diametro - e sono quindi più facili da osservare con la nostra nuova tecnica di microelastography. Nei nostri esperimenti, potevamo osservare le vibrazioni meccaniche nella cella che dura di meno che un millesimo di un secondo, grazie alla macchina fotografica usata, che può catturare 200.000 fotogrammi al secondo.„ Mediante il confronto, un film ha solitamente soltanto 25 fotogrammi al secondo.  

Con le immagini catturate, queste vibrazioni possono essere misurate facendo uso degli algoritmi spostamento-tenenti la carreggiata. Ma come può una mappa di elasticità intracellulare essere ricostruita da queste vibrazioni? La risposta: Usando una tecnica di correlazione di disturbo, un approccio si è sviluppato dai sismologi quando misurano le vibrazioni prodotte dai terremoti per determinare la composizione delle rocce sotteranee.

“Abbiamo usato questo stesso principio per esplorare la struttura interna della cella da un punto di vista meccanico, applicante elastography dell'onda di taglio al disgaggio di micrometro,„ ha detto Stefan Catheline, un fisico al Institut de la santé nazionale et il médicale ricercato della La del de (INSERM) e ricercatore all'università di Lione in Francia. “Un'onda è inviata nella cella ad una velocità proporzionale all'elasticità delle componenti che incontra, quali il citoplasma, il nucleo o le altre componenti delle cellule. L'elasticità è misurata valutando la velocità delle vibrazioni nel tempo e nello spazio.„

Il politico Grasland-Mongrain ha spiegato il trattamento che è andato da parte a parte fare le sue osservazioni: “Facendo uso di un azionatore piezoelettrico della micropipetta, abbiamo indotto le vibrazioni ad alta frequenza (15.000 cicli al secondo) negli ovociti in tensione del mouse. Con le immagini catturate dalla macchina fotografica, abbiamo misurato le vibrazioni dentro la cella, facendo uso di un algoritmo ottico di flusso sviluppato inizialmente per le applicazioni di ultrasuono. Dopo, l'algoritmo di correlazione di disturbo ha permesso che noi mappassimo l'elasticità di intera cella. Quindi, in questo studio, potevamo mostrare, tra l'altro, che una riduzione significativa dell'elasticità dell'ovocita del mouse ha accaduto quando gli ovociti hanno trattato con citocalasina, una sostanza conosciuta per interrompere il loro citoscheletro.„

Questa elasticità innovatrice delle cellule che mappa la tecnologia apre la porta a molte applicazioni pratiche nella biologia e nella medicina, se per cancro, dall'l'infezione indotta da agente, lo sfregio o l'assistenza tecnica del tessuto. “Ora che abbiamo indicato la possibilità della tecnologia, possiamo regolare il metodo e sviluppare le collaborazioni con gli esperti nella biologia cellulare e molecolare, nella fisiologia e in mechanobiology per esplorare il potenziale incredibile di questo campo di ricerca,„ Guy Cloutier ha concluso.