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Le nuove guide dell'unità studiano la reazione di diverse celle allo sforzo meccanico

Il comportamento delle celle è gestito dal loro ambiente. Oltre ai fattori biologici o alle sostanze chimiche, le forze fisiche quale pressione o la tensione egualmente sono comprese. I ricercatori dall'istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) e dall'università di Heidelberg hanno messo a punto un metodo che permette loro di analizzare l'influenza delle forze esterne sulle diverse celle. Facendo uso di un trattamento di stampa 3D, hanno prodotto le micro-impalcature, di cui ciascuno ha quattro colonne su cui una cella è situata.

Avviato da un segnale esterno, un idrogel dentro l'impalcatura gonfia e spinge le colonne a parte, di modo che la cella deve “allungare.„ Il lavoro fa parte “del cluster su ordinazione della materia 3D„ (3DMM2O) di eccellenza. I ricercatori riferiscono sui loro risultati nella scienza avanza (DOI: 10.1126/sciadv.abc2648).

Molti trattamenti biologici cellulari, quali la guarigione della ferita o lo sviluppo del tessuto, sono influenzati forte dai beni del loro ambiente. Le celle reagiscono, per esempio, ai fattori biologici o alle sostanze chimiche. Tuttavia, la ricerca sempre più sta mettendo a fuoco sulle forze fisiche che agiscono sulle celle: Le celle si adattano quanto esattamente a queste forze?

Nel quadro del consorzio Tedesco-Giapponese HeKKSaGOn dell'università ed in collaborazione con gli scienziati australiani, il gruppo 3DMM2O ha adottato un approccio particolarmente ingegnoso a questo problema. Per la produzione della loro cella “che allunga li tormenta„ ha usato “la scrittura diretta del laser„, un trattamento di stampa dello speciale 3D in cui un raggio laser controllato da computer è messo a fuoco in un liquido speciale dell'inchiostro di stampante. Le sue molecole reagiscono soltanto alle aree esposte e formano un prodotto solido là. Tutte le altre aree rimangono liquide e possono essere lavate via.

Ciò è un metodo stabilito nel nostro cluster di eccellenza per lo sviluppo delle strutture tridimensionali - sul disgaggio di micrometro e sotto.„

Marc Hippler, istituto di fisica applicata, autore principale del KIT della pubblicazione

Nel caso corrente, i ricercatori hanno usato tre inchiostri di stampante differenti: Il primo inchiostro, fatto del materiale della proteina-cosa repellente, è stato usato per formare l'micro-impalcatura reale. Facendo uso di un secondo inchiostro di materiale d'attrazione, poi hanno prodotto quattro barre orizzontali che sono connesse ad una delle colonne ciascuna dell'impalcatura. La cella è ancorata a queste quattro barre. Lo showstopper reale, tuttavia, è il terzo inchiostro: Gli scienziati lo hanno usato “per stampare„ la massa dentro l'impalcatura. Se poi aggiungono un liquido speciale, l'idrogel gonfia. Sviluppa così una forza sufficiente per muovere le colonne - e le barre con loro. Ciò, a sua volta, ha l'effetto di allungamento della cella che è fissata alle barre.

Le celle neutralizzano la deformazione

Gli scienziati del cluster di eccellenza hanno collocato due tipi completamente differenti delle cellule sul loro micro scaffale d'allungamento: celle umane del tumore dell'osso e celle embrionali del mouse. Hanno trovato che le celle neutralizzano le forze esterne con le proteine del motore e così notevolmente aumentano le loro forze di trazione. Quando l'esterno che allunga la forza è eliminato, le celle si rilassano e ritornano al loro stato originale. “Questo comportamento è una dimostrazione impressionante della capacità di adattarsi ad un ambiente dinamico. Se le celle non potessero recuperare, più non compierebbero la loro funzione originale - per esempio ferisca la chiusura,„ dice il professor Martin Bastmeyer dall'istituto zoologico del KIT.

Mentre ulteriore scoperta del gruppo, una proteina ha chiamato i giochi di NM2A (miosina non muscolare 2A) un ruolo decisivo nella risposta delle cellule a stimolo meccanico: Le celle geneticamente modificate del tumore dell'osso che non possono produrre NM2A potevano a mala pena neutralizzare la deformazione esterna.

Il lavoro nel cluster di eccellenza è stato effettuato dagli scienziati di Heidelberg dal campo di chimica come pure fisica e cella biofisiche e la neurobiologia dal KIT. I membri del consorzio Tedesco-Giapponese HeKKSaGOn dell'università includono, tra altri, università di Heidelberg, istituto di tecnologia di Karlsruhe e università di Osaka.

Cluster della materia di eccellenza 3D su ordinazione

Nel cluster su ordinazione della materia 3D (3DMM2O) di eccellenza, gli scienziati dell'istituto di tecnologia di Karlsruhe e l'università di Heidelberg conducono la ricerca interdisciplinare sulle tecnologie e sui materiali innovatori affinchè la lavorazione additiva evolutiva digitale migliorino la precisione, la velocità e la prestazione di stampa 3D. Il lavoro è puntato su completamente che digitalizza elaborare di lavorazione 3D e di materiali dalla molecola alla microstruttura. Oltre al finanziamento come cluster di eccellenza nell'ambito della concorrenza di strategia di eccellenza lanciata dalla federazione e dagli stati federali, 3DMM3O è finanziato dalle fondamenta di 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.