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Los científicos desarrollan técnica única para correlacionar la elasticidad de los componentes de la célula

Los científicos en Université de Montréal han desarrollado una técnica única para correlacionar, en una escala de milisegundos, la elasticidad de los componentes dentro de una célula.

Temblor de las células. Algo de la misma manera que los sismólogos utilizan las vibraciones de la tierra del planeta para caracterizar su estructura profunda, los científicos han descubierto una manera de utilizar vibraciones dentro de las células para determinar sus propiedades mecánicas. Así nació el campo de la sismología de la célula.

“Desarrollamos una técnica única para correlacionar, en una escala de milisegundos, la elasticidad de los componentes dentro de una célula,” dijo Guy Cloutier, un investigador en la universidad del centro de investigación del hospital de Montreal (CRCHUM) y al profesor en Université de Montréal. “Esto abre un nuevo campo de la investigación entero en mechanobiology para estudiar la dinámica de desplazamientos dentro de las células y para entender el impacto de estas fuerzas en enfermedades y tratamientos.”

La tecnología, llamada “elastography del temblor de la célula”, se presenta en un artículo publicado hoy en los procedimientos de la National Academy of Sciences (PNAS).

La elasticidad es una propiedad fundamental de células, relacionada con la anatomía, la función y el estado patológico de células y de tejidos. Un tumor cacerígeno llega a ser rígido. La ateroesclerosis y los aneurysms vasculares comienzan con una baja de la elasticidad en las células y las arterias. Las células endoteliales liberan los transmisores que causan la vasoconstricción o la vasodilatación de los vasos sanguíneos, dependiendo de las condiciones mecánicas de la resistencia asociadas a flujo y a geometría del buque.

“Hasta ahora, ha sido difícil medir los cambios mecánicos que ocurren contínuo en células,” explicó el político Grasland-Mongrain, un aprendiz postdoctoral en el laboratorio de Guy Cloutier y al autor principal del estudio. “Con técnicas actuales, sobre la base de la deformación de la célula, microscopia atómica y Brillouin que dispersan, de la fuerza puede llevar vario docena minutos la elasticidad de la dimensión. Con certeza los usos, éste son mucho demasiado lentos porque los millares de acciones pueden ocurrir en una célula, tal como transferencias del ión, estímulos de la neurona y muerte celular. Estos fenómenos serían más fáciles de rastrear si podíamos medir las propiedades mecánicas de células muy rápidamente.”

Con el equipo simple consistiendo en un microscopio estándar, micropipetas y una cámara de alta velocidad, los investigadores desarrollaron un método revolucionario de observar, en tiempo real, los desplazamientos y las fuerzas presentes en oocytes del ratón. Según Greg FitzHarris, investigador en el CRCHUM, profesor de Université de Montréal y uno de los colaboradores del proyecto, “con este nuevo método celular de la proyección de imagen, podremos investigar los nuevos mecanismos implicados en la división celular durante la formación del embrión”.

“Al principio, no teníamos ninguna idea del nivel de resolución espacial el cual podríamos esperar, que es qué nos dio la idea de usar oocytes del ratón,” Guy Cloutier adicional. “Estas células son grandes - cerca de 80 micrones de diámetro - y son por lo tanto más fáciles de ver con nuestra nueva técnica del microelastography. En nuestros experimentos, podíamos observar vibraciones mecánicas en la célula que duraba menos que un milésimo de un segundo, gracias a la cámara usada, que puede capturar 200.000 secuencias por segundo.” Por la comparación, una película tiene generalmente solamente 25 secuencias por segundo.  

Con las imágenes capturadas, estas vibraciones se pueden medir usando algoritmos de desplazamiento-búsqueda. ¿Pero cómo se puede un mapa de la elasticidad intracelular reconstruir de estas vibraciones? La respuesta: Usando una técnica de la correlación del ruido, una aproximación se convirtió por los sismólogos cuando miden las vibraciones producidas por terremotos para determinar la composición de rocas subterráneas.

“Utilizamos este mismo principio para explorar la estructura interna de la célula desde un punto de vista mecánico, aplicando elastography de la onda de resistencia en la escala del micrómetro,” dijo a Stefan Catheline, físico en el Institut de nacional la santé y médicale recherche del la de (INSERM) e investigador en la universidad de Lyon en Francia. “Una onda se envía en la célula a una velocidad proporcional a la elasticidad de los componentes que resuelve, por ejemplo el citoplasma, el núcleo o los otros componentes de la célula. La elasticidad es medida evaluando la velocidad de las vibraciones en el tiempo y el espacio.”

El político Grasland-Mongrain explicó el proceso que él fue a través a hacer sus observaciones: “Usando un activador piezoeléctrico de la micropipeta, indujimos las vibraciones de alta frecuencia (15.000 ciclos por segundo) en oocytes vivos del ratón. Con las imágenes capturadas por la cámara, medimos las vibraciones dentro de la célula, usando un algoritmo óptico del flujo desarrollado inicialmente para los usos del ultrasonido. Después, el algoritmo de la correlación del ruido permitió que correlacionáramos la elasticidad de la célula entera. Así, en este estudio, podíamos mostrar, entre otras cosas, que ocurrió una reducción importante en elasticidad del oocyte del ratón cuando los oocytes trataron con citocalasina, una substancia sabida para romper su citoesqueleto.”

Esta elasticidad innovadora de la célula que correlaciona tecnología abre la puerta en muchos usos prácticos en biología y remedio, si para el cáncer, la infección patógeno-inducida, marcar con una cicatriz o la ingeniería del tejido. “Ahora que hemos mostrado la viabilidad de la tecnología, podemos ajustar el método y desarrollar colaboraciones con los expertos en biología celular y molecular, fisiología y mechanobiology para explorar el potencial increíble de este campo de la investigación,” Guy Cloutier concluyó.