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As ajudas novas do dispositivo estudam a reacção de pilhas individuais ao esforço mecânico

O comportamento das pilhas é controlado por seu ambiente. Além dos factores biológicos ou das substâncias químicas, as forças físicas tais como a pressão ou a tensão são envolvidas igualmente. Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (JOGO) e da universidade de Heidelberg desenvolveram um método que os permitisse de analisar a influência de forças externos em pilhas individuais. Usando um processo de impressão 3D, produziram micro-andaimes, cada qual tivesse quatro colunas em que uma pilha é ficada situada.

Provocado por um sinal externo, um hydrogel dentro do andaime incha e empurra as colunas distante, de modo que a pilha deva “esticar.” O trabalho é parte “do conjunto feito sob medida da matéria 3D” (3DMM2O) de excelência. Os pesquisadores relatam em seus resultados na ciência avançam (DOI: 10.1126/sciadv.abc2648).

Muitos processos biológicos celulares, tais como a cura esbaforido ou a revelação do tecido, são influenciados fortemente pelas propriedades de seu ambiente. As pilhas reagem, por exemplo, aos factores biológicos ou às substâncias químicas. Contudo, a pesquisa está centrando-se cada vez mais sobre as forças físicas que actuam nas pilhas: Como exactamente as pilhas se adaptam a estas forças?

No âmbito do consórcio Alemão-Japonês HeKKSaGOn da universidade e em colaboração com cientistas australianos, a equipe 3DMM2O tomou uma aproximação particularmente engenhoso a esta pergunta. Para a produção de sua pilha “que estica submete-os” usou “a escrita directa do laser”, um processo de impressão 3D especial em que um raio laser controlado por computador é focalizado em um líquido especial da tinta de impressora. Suas moléculas reagem somente nas áreas expor e formam um material contínuo lá. Todas áreas restantes permanecem líquidas e podem ser lavadas afastado.

Este é um método estabelecido em nosso conjunto de excelência para construir estruturas tridimensionais - na escala do micrômetro e abaixo.”

Marc Hippler, instituto de física aplicada, autor principal do JOGO da publicação

No caso actual, os pesquisadores usaram três tintas de impressora diferentes: A primeira tinta, feita do material do proteína-repelente de insectos, foi usada para formar o micro-andaime real. Usando uma segunda tinta do material deatracção, produziram então quatro barras horizontais que são conectadas a uma das colunas cada um do andaime. A pilha é ancorada a estas quatro barras. O showstopper real, contudo, é a terceira tinta: Os cientistas usaram-no “para imprimir” uma massa dentro do andaime. Se adicionam então um líquido especial, o hydrogel incha. Desenvolve assim uma força suficiente para mover as colunas - e as barras com elas. Isto, por sua vez, tem o efeito de esticar a pilha que é fixada às barras.

As pilhas neutralizam a deformação

Os cientistas do conjunto de excelência colocaram dois tipos completamente diferentes da pilha em sua micro cremalheira de esticão: pilhas humanas do tumor do osso e pilhas embrionárias do rato. Encontraram que as pilhas neutralizam as forças externos com proteínas do motor e assim aumentam extremamente suas forças elásticas. Quando a força de esticão externo é removida, as pilhas relaxam e retornam a seu estado original. “Este comportamento é uma demonstração impressionante da capacidade para adaptar-se a um ambiente dinâmico. Se as pilhas eram incapazes de recuperar, já não cumpririam sua função original - por exemplo fechamento esbaforido,” diz o professor Martin Bastmeyer do instituto zoológico do JOGO.

Enquanto a descoberta mais adicional da equipe, uma proteína chamou jogos de NM2A (myosin 2A do não-músculo) um papel decisivo na resposta das pilhas à estimulação mecânica: As pilhas Genetically alteradas do tumor do osso que não podem produzir NM2A podiam mal neutralizar a deformação externo.

O trabalho no conjunto de excelência foi realizado por cientistas de Heidelberg do campo da química assim como física e pilha biofísicas e neurobiologia do JOGO. Os membros do consórcio Alemão-Japonês HeKKSaGOn da universidade incluem, entre outro, a universidade de Heidelberg, Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e universidade de Osaka.

Conjunto de matéria da excelência 3D feito sob medida

No conjunto feito sob medida da matéria 3D (3DMM2O) de excelência, os cientistas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e a universidade de Heidelberg conduzem a pesquisa interdisciplinar em tecnologias e em materiais inovativos para que a fabricação aditiva evolutiva digital aumente a precisão, a velocidade, e o desempenho da impressão 3D. O trabalho é visado que digita completamente o processamento da fabricação 3D e de materiais da molécula à microestrutura. Além do que o financiamento como um conjunto de excelência sob a competição da estratégia da excelência lançada pela federação e pelos estados federais, 3DMM3O é financiado pela fundação 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.