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Les aides neuves de dispositif étudient la réaction de différentes cellules à la tension mécanique

Le comportement des cellules est réglé par leur environnement. Sans compter que des facteurs biologiques ou des produits chimiques, les forces matérielles telles que la pression ou la tension sont également impliquée. Les chercheurs de l'Institut de Technologie de Karlsruhe (NÉCESSAIRE) et de l'université d'Heidelberg ont développé une méthode qui leur permet d'analyser l'influence des forces externes sur différentes cellules. Utilisant un procédé d'impression 3D, ils ont produit des micro-échafaudages, qui a quatre piliers sur lesquels une cellule est située.

Déclenché par un signe externe, un hydrogel à l'intérieur de l'échafaudage gonfle et pousse les piliers à part, de sorte que la cellule doive « s'étirer. » Le travail fait partie « du boîtier sur commande de la question 3D » (3DMM2O) de l'excellence. Les chercheurs rendent compte de leurs résultats en la Science avance (DOI : 10.1126/sciadv.abc2648).

Beaucoup de procédés biologiques cellulaires, tels que la cicatrisation ou le développement du tissu, sont fortement influencés par les propriétés de leur environnement. Les cellules réagissent, par exemple, aux facteurs biologiques ou aux produits chimiques. Cependant, la recherche se concentre de plus en plus sur les forces matérielles agissant sur les cellules : Combien exact les cellules s'adaptent-elles à ces forces ?

Dans le cadre du consortium Allemand-Japonais HeKKSaGOn d'université et en coopération avec les scientifiques australiens, l'équipe 3DMM2O a adopté une approche particulièrement ingénieuse à cette question. Pour la production de leur cellule « étirement les étire » a employé « l'écriture directe de laser », un procédé d'impression de l'offre spéciale 3D dans lequel un faisceau laser commandé par ordinateur est orienté dans un liquide spécial d'encre d'imprimerie. Ses molécules réagissent seulement aux zones exposées et forment un matériau solide là. Tous autres endroits demeurent liquides et peuvent être enlevés.

C'est une méthode déterminée dans notre boîtier de l'excellence pour établir les structures en trois dimensions - sur l'échelle de micromètre et ci-dessous. »

Marc Hippler, institut de NÉCESSAIRE de physique appliquée, auteur important de la publication

Dans le cas actuel, les chercheurs ont employé trois encres d'imprimerie différentes : La première encre, faite de matériau de protéine-produit répulsif, a été employée pour former le micro-échafaudage réel. Utilisant une deuxième encre de matériau protéine-attirant, ils ont alors produit quatre barres horizontales qui sont branchées à un des piliers chacun d'échafaudage. La cellule est ancrée à ces quatre barres. Le numéro sensationnel réel, cependant, est la troisième encre : Les scientifiques l'avaient l'habitude « pour estamper » une masse à l'intérieur de l'échafaudage. S'ils ajoutent alors un liquide spécial, l'hydrogel gonfle. Il développe ainsi une force suffisamment pour déménager les piliers - et les barres avec eux. Ceci, consécutivement, a l'effet d'étirer la cellule qui est fixée aux barres.

Les cellules contrecarrent la déformation

Les scientifiques du boîtier de l'excellence ont mis deux types complet différents de cellules sur leur crémaillère micro d'étirement : cellules humaines de tumeur d'os et cellules embryonnaires de souris. Ils ont constaté que les cellules contrecarrent les forces externes avec des protéines de moteur et augmentent ainsi grand leurs forces de tension. Quand la force externe d'étirement est enlevée, les cellules détendent et reviennent à leur condition originelle. « Ce comportement est une démonstration impressionnante de la capacité de s'adapter à un environnement dynamique. Si les cellules ne pouvaient pas récupérer, elles n'accompliraient plus leur fonctionnement originel - par exemple suture, » dit professeur Martin Bastmeyer de l'institut zoologique du NÉCESSAIRE.

Pendant que la découverte encore d'équipe, une protéine NM2A appelé (myosine non-musculaire 2A) joue un rôle décisif en réponse des cellules à la stimulation mécanique : Les cellules génétiquement modifiées de tumeur osseuse qui ne peuvent pas produire NM2A pouvaient à peine contrecarrer la déformation externe.

Des travaux dans le boîtier de l'excellence ont été menés à bien par des scientifiques d'Heidelberg de l'inducteur de la chimie ainsi que la physique et la cellule biophysiques et neurobiologie de NÉCESSAIRE. Les membres du consortium Allemand-Japonais HeKKSaGOn d'université incluent, entre d'autres, université d'Heidelberg, Institut de Technologie de Karlsruhe et université d'Osaka.

Boîtier de la question de l'excellence 3D sur commande

Dans le boîtier sur commande de la question 3D (3DMM2O) de l'excellence, les scientifiques de l'Institut de Technologie de Karlsruhe et l'université d'Heidelberg conduisent la recherche interdisciplinaire dans des technologies novatrices et des matériaux pour que la fabrication additive évolutive digitale améliore la précision, la vitesse, et le rendement de l'impression 3D. Le travail est visé numérisant complet le traitement de la fabrication 3D et des matériaux de la molécule à la microstructure. En plus du placement comme boîtier de l'excellence sous la concurrence de stratégie d'excellence lancée par la fédération et les États fédéraux, 3DMM3O est financé par la fondation de Carl Zeiss.

Source:
Journal reference:

Hippler, M., et al. (2020) Mechanical stimulation of single cells by reversible host-guest interactions in 3D microscaffolds. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abc2648.