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Os dispositivos de seguimento minúsculos dão auge inaudito em como as pilhas mudam com tempo

Pela primeira vez, os cientistas introduziram dispositivos de seguimento minúsculos directamente no interior de pilhas mamíferas, dando um auge inaudito nos processos que governam o começo da revelação.

Este trabalho em embriões de uma célula é ajustado para deslocar nossa compreensão dos mecanismos que sustentam o comportamento celular geralmente, e podido finalmente fornecer introspecções no que vai mal no envelhecimento e na doença.

A pesquisa, conduzida pelo professor Tony Perry do departamento de biologia e de bioquímica na universidade do banho, envolveu injetar um nanodevice silicone-baseado junto com o esperma na pilha de ovo de um rato. O resultado era um ovo saudável, fertilizado que contem um dispositivo de seguimento.

Os dispositivos minúsculos são uns pequenos como as aranhas, completas com os oito “pés altamente flexíveis”. Os pés medem “puxar e empurrar” as forças exercidas no interior da pilha para um muito de nível elevado da precisão, desse modo revelando as forças celulares no jogo e mostrando como a matéria intracelular se rearranjou ao longo do tempo.

Os nanodevices são incredibly finos - similar a alguma dos componentes estruturais da pilha, e de medir 22 nanometres, fazendo lhes aproximadamente 100.000 vezes mais finas do que uma moeda de libra. Isto significa que têm a flexibilidade registrar o movimento do citoplasma da pilha enquanto o embrião de uma célula empreende sua viagem para se transformar um embrião da dois-pilha.

“Este é o primeiro relance da física de toda a pilha nesta escala de dentro de,” disse o professor Perry. “É qualquer um tem visto a primeira vez do interior como o material da pilha se move ao redor e se organiza.”

Por que sonde o comportamento mecânico de uma pilha?

A actividade dentro de uma pilha determina como essa pilha funciona, explica o professor Perry. “O comportamento da matéria intracelular é provavelmente tão influente ao comportamento da pilha quanto expressão genética,” disse. Até aqui, contudo, esta dança complexa do material celular tem permaneceu pela maior parte por estudar. Em conseqüência, os cientistas puderam identificar os elementos que compo uma pilha, mas não como o interior da pilha se comporta no conjunto.

“Dos estudos na biologia e na embriologia, nós sabemos sobre determinadas moléculas e fenômenos celulares, e nós tecemos esta informação em uma narrativa reductionist de como as coisas trabalham, mas agora esta narrativa está mudando,” disse o professor Perry. A narrativa foi escrita pela maior parte pelos biólogos, que trouxeram com eles as perguntas e as ferramentas da biologia. O que faltava era física. A física inquire sobre as forças que conduzem o comportamento de uma pilha e fornece uma aproximação invertido a encontrar a resposta.

“Nós podemos agora olhar a pilha no conjunto, não apenas as porcas - e - os parafusos que a fazem.”

Os embriões do rato foram escolhidos para o estudo devido a seu relativamente grande tamanho (medem 100 mícrons, ou 100 milhonésimos de um medidor, no diâmetro, comparado a uma pilha regular que fosse somente 10 mícrons [10-millionths de um medidor] no diâmetro). Isto significou que dentro de cada embrião, havia um espaço para um dispositivo de seguimento.

Os pesquisadores fizeram suas medidas examinando as gravações video tomadas através de um microscópio enquanto o embrião se tornou.

Às vezes os dispositivos foram lançados e torcidos pelas forças que eram mesmo maiores do que aquelas pilhas de músculo do interior. Em outras épocas, os dispositivos moveram muito pouco, mostrando que o interior da pilha se tinha tornado calmo. Não havia nada aleatório sobre estes processos - do momento onde você tem um embrião de uma célula, tudo é feito em uma maneira predizível. A física é programada.”

Professor Tony Perry, departamento de biologia e bioquímica, universidade do banho

Os resultados adicionam a uma imagem emergente da biologia que sugere que o material dentro de uma pilha viva não seja estático, mas mude pelo contrário suas propriedades em uma maneira pre-ordenada porque a pilha executa sua função ou responde ao ambiente. O trabalho pode um dia ter implicações para nossa compreensão de como as pilhas envelhecem ou param de trabalhar como devem, que é o que acontece na doença.

O estudo é publicado esta semana em materiais da natureza e envolveu uma parceria transdisciplinar entre os biólogos, os cientistas dos materiais e os físicos baseados no Reino Unido, na Espanha e nos EUA.

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.