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Les dispositifs de rail minuscules donnent le coup d'oeil sans précédent dans la façon dont les cellules changent avec du temps

Pour la première fois, les scientifiques ont introduit les dispositifs de rail minuscules directement dans l'intérieur des cellules mammifères, donnant un coup d'oeil sans précédent dans les procédés qui régissent le début du développement.

Ce travail sur des embryons d'un-cellule est réglé pour changer de vitesse notre compréhension des mécanismes qui soutiennent le comportement cellulaire généralement et peuvent éventuel fournir des analyses dans ce qui va mal dans le vieillissement et la maladie.

La recherche, aboutie par professeur Tony Perry à partir du Service de Biologie et des biochimies à l'université de Bath, impliquée injectant un nanodevice basé sur silicium avec le sperme dans la cellule d'oeufs d'une souris. Le résultat était un sain, oeuf fécondé contenant un dispositif de rail.

Les dispositifs minuscules sont comme des araignées, complètes avec huit « pattes » hautement flexibles. Les pattes mesurent la « traction et pousser » des forces exercées dans l'intérieur de cellules à un niveau très élevé de précision, indiquant les forces cellulaires au jeu et montrant de ce fait comment la question intracellulaire s'est permutée au fil du temps.

Les nanodevices sont incroyablement minces - assimilé à une partie des composantes structurelles des cellules, et de mesurer 22 nanomètres, rendant leur approximativement 100.000 fois plus minces qu'une monnaie d'appoint de livre. Ceci signifie qu'ils ont la souplesse d'enregistrer le mouvement du cytoplasme des cellules pendant que l'embryon d'un-cellule s'embarque sur son voyage vers devenir un embryon de deux-cellule.

« C'est le premier aperçu de la physique de n'importe quelle cellule sur cette échelle de, » a dit professeur Perry. « Elle est la première fois n'importe qui a vu de l'intérieur comment le matériau de cellules déménage autour et se dispense. »

Pourquoi sondez le comportement mécanique des cellules ?

L'activité dans une cellule détermine comment cette cellule fonctionne, explique professeur Perry. « Le comportement de la question intracellulaire est probablement aussi influent au comportement de cellules qu'expression du gène, » il a dit. Jusqu'ici, cependant, cette danse complexe de matériau cellulaire a est restée en grande partie non étudiée. Comme résultat, les scientifiques ont pu recenser les éléments qui composent une cellule, mais pas comment l'intérieur de cellules se comporte dans son ensemble.

« Des études en biologie et embryologie, nous savons certaines molécules et phénomènes cellulaires, et nous avons tissé cette information dans un récit reductionist de la façon dont les choses fonctionnent, mais maintenant ce récit change, » a dit professeur Perry. Le récit a été écrit en grande partie par les biologistes, qui ont porté avec eux les questions et les outils de la biologie. Ce qui était manquant était physique. La physique pose des questions sur les forces pilotant le comportement des cellules et fournit une approche hiérarchisée à trouver la réponse.

« Nous pouvons maintenant regarder la cellule dans son ensemble, pas simplement les noix - et - les boulons qui l'effectuent. »

Des embryons de souris ont été choisis pour l'étude à cause de leur relativement de grande taille (ils mesurent 100 microns, ou 100 millionths d'un mètre, de diamètre, comparé à une cellule régulière qui est seulement 10 microns [10-millionths d'un mètre] de diamètre). Ceci a signifié qu'à l'intérieur de chaque embryon, il y avait l'espace pour un dispositif de rail.

Les chercheurs ont effectué leurs mesures en examinant des enregistrements vidéos pris par un microscope pendant que l'embryon se développait.

Les dispositifs ont été lancés et parfois déformés par les forces qui étaient encore plus grandes que ceux des cellules musculaires d'intérieur. À d'autres fois, les dispositifs ont déménagé très peu, montrant que l'intérieur de cellules était devenu calme. Il n'y avait rien fait au hasard au sujet de ces procédés - du moment où vous avez un embryon d'un-cellule, tout est fait d'une voie prévisible. La physique est programmée. »

Professeur Tony Perry, Service de Biologie et biochimie, université de Bath

Les résultats ajoutent à une illustration apparaissante de la biologie qui propose que le matériau à l'intérieur d'une cellule vivante ne soit pas statique, mais change au lieu ses propriétés d'une voie pré-ordonnée car la cellule remplit son fonctionnement ou répond à l'environnement. Le travail peut un jour avoir des implications pour notre compréhension de la façon dont les cellules vieillissent ou cessent de fonctionner comme elles devraient, qui est ce qui se produit dans la maladie.

L'étude est cette semaine en matériaux de nature et impliquée publiés un partenariat transport-disciplinaire entre les biologistes, les scientifiques de matériaux et les physiciens basés au R-U, à l'Espagne et aux Etats-Unis.

Source:
Journal reference:

Duch, M., et al. (2020) Tracking intracellular forces and mechanical property changes in mouse one-cell embryo development. Nature Materials. doi.org/10.1038/s41563-020-0685-9.