Крошечные капли масла помогают измерить механические силы, создаваемые живыми клетками, которые формируют ткани и органы

Ученые из Гарвардского университета разработали первый метод измерения крошечных сил, с которыми клетки толкают и тянут друг друга в трехмерных тканях и живых эмбрионах. Метод, включающий инъекцию микроскопических масляных капель, может привести к новым инструментам для диагностики рака, гипертонии, заболеваний соединительной ткани и других патологий. Работа опубликована 8 декабря в Nature Methods.

Механические силы так же важны для регуляции биологических функций, как химические вещества и гены. Однако до сих пор не было способа количественно оценить эти силы в специфических позициях живых тканей, особенно в процессе морфогенеза — развития эмбриона в ткани и органы.

Ученые под руководством Дона Ингбера из Института Висса и Школы инженерии и прикладных наук Гарварда использовали в качестве датчиков силы микроскопические капли специального фторуглеродного масла, безопасного для клеток. Поверхность капель покрывали особым составом, чтобы они прилипали к клеткам или внеклеточному матриксу. При деформации капли клетками, тянущими или толкающими её в 3D-пространстве, можно точно рассчитать приложенную силу.

Метод был успешно применен для измерения сил в лабораторных 3D-агрегатах клеток мышиной опухоли молочной железы и в живых тканях эмбриональных челюстей мыши. Было обнаружено, что отдельная клетка может оказывать огромное давление — в 24 раза больше, чем давление челюстей муравья.

Новый метод позволяет впервые количественно изучить пространственные паттерны сил, формирующих эмбриональные структуры, что открывает путь к пониманию роли физики в развитии организмов и диагностике заболеваний, связанных с изменением сократимости клеток и жесткости тканей.