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Las nuevas ayudas del dispositivo estudian la reacción de células individuales a la tensión mecánica

El comportamiento de células es controlado por su ambiente. Además de factores biológicos o de substancias químicas, las fuerzas físicas tales como presión o la tensión también están implicadas. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (ESTUCHE) y de la universidad de Heidelberg desarrollaron un método que les permite analizar la influencia de fuerzas externas en las células individuales. Usando un proceso de impresión 3D, produjeron micro-andamios, que tiene cuatro pilares en los cuales una célula esté situada.

Accionado por una señal externa, un hidrogel dentro del andamio hincha y activa los pilares aparte, de modo que la célula deba “estirar.” El trabajo es parte “del atado hecho por encargo de la materia 3D” (3DMM2O) de la excelencia. Los investigadores denuncian sobre sus resultados en ciencia avance (DOI: 10.1126/sciadv.abc2648).

Muchos procesos biológicos celulares, tales como cura de la herida o el revelado del tejido, son influenciados fuertemente por las propiedades de su ambiente. Las células reaccionan, por ejemplo, a los factores biológicos o a las substancias químicas. Sin embargo, la investigación se está centrando cada vez más en las fuerzas físicas que actúan en las células: ¿Las células se adaptan cómo exactamente a estas fuerzas?

En el marco del consorcio Alemán-Japonés HeKKSaGOn de la universidad y en cooperación con científicos australianos, las personas 3DMM2O han llevado una aproximación determinado ingeniosa esta pregunta. Para la producción de su célula “que estira los atormenta” utilizó la “escritura directa del laser”, un proceso de impresión especial 3D en el cual un de rayo láser controlado por ordenador se enfoque en un líquido especial de la tinta de impresora. Sus moléculas reaccionan solamente en las áreas expuestas y forman un material sólido allí. El resto de las áreas siguen siendo líquidas y se pueden quitar.

Esto es un método establecido en nuestro atado de la excelencia para construir las estructuras tridimensionales - en la escala del micrómetro y abajo.”

Marc Hippler, instituto de la física aplicada, autor importante del ESTUCHE de la publicación

En el caso actual, los investigadores utilizaron tres diversas tintas de impresora: La primera tinta, hecha del material el proteína-repelente, fue utilizada para formar el micro-andamio real. Usando una segunda tinta del material proteína-que atraía, entonces produjeron cuatro barras horizontales que se conectan con uno de los pilares cada uno del andamio. La célula se ancla a estas cuatro barras. El showstopper real, sin embargo, es la tercera tinta: Los científicos lo utilizaron “para imprimir” una masa dentro del andamio. Si entonces agregan un líquido especial, el hidrogel se hincha. Desarrolla así una fuerza suficiente mover los pilares - y las barras con ellos. Esto, a su vez, tiene el efecto de estirar la célula que se repara a las barras.

Las células contrarrestan la deformación

Los científicos del atado de la excelencia pusieron dos tipos totalmente diversos de la célula en su cremallera que estiraba micra: células humanas del tumor del hueso y células embrionarias del ratón. Encontraron que las células contrarrestan las fuerzas externas con las proteínas del motor y aumentan así grandemente sus fuerzas de tensión. Cuando el externo que estira la fuerza se quita, las células se relajan y vuelven a su estado original. “Este comportamiento es una demostración impresionante de la capacidad de adaptarse a un ambiente dinámico. Si las células no pudieran recuperarse, satisfarían no más su función original - por ejemplo hiera el cierre,” dice a profesor Martin Bastmeyer del instituto zoológico del ESTUCHE.

Mientras que haber descubierto posterior de las personas, una proteína llamó juegos de NM2A (miosina no muscular 2A) un papel decisivo en la reacción de las células al estímulo mecánico: Las células genético modificadas del tumor del hueso que no pueden producir NM2A podían pelado contrarrestar la deformación externa.

El trabajo en el atado de la excelencia fue realizado por los científicos de Heidelberg del campo de la química así como la física y célula biofísicas y neurobiología del ESTUCHE. Las piezas del consorcio Alemán-Japonés HeKKSaGOn de la universidad incluyen, entre otros, la universidad de Heidelberg, Instituto de Tecnología de Karlsruhe y universidad de Osaka.

Atado de la materia de la excelencia 3D hecha por encargo

En el atado hecho por encargo de la materia 3D (3DMM2O) de la excelencia, los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe y la universidad de Heidelberg conducto la investigación interdisciplinaria en tecnologías y materiales innovadores para que la manufactura aditiva escalable digital aumente la precisión, la velocidad, y el funcionamiento de la impresión 3D. El trabajo se dirige que digitaliza totalmente el tratamiento de la manufactura 3D y de materiales de la molécula a la microestructura. Además del financiamiento como atado de la excelencia bajo competencia de la estrategia de la excelencia puesta en marcha por la federación y los estados federales, 3DMM3O es financiado por el asiento 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.