Измерение механического напряжения вокруг клеток
Ткани и органы в человеческом теле формируются под действием сил, генерируемых клетками, которые толкают и тянут, «ваяя» биологические структуры. Благодаря новому инструменту, разработанному в Университете Макгилла, учёные теперь смогут наблюдать и картировать эти силы.
Кристофер Мораэс, доцент кафедры химической инженерии Макгилла, и его коллеги создали сферические пружиноподобные сенсоры, которые деформируются под действием механического напряжения внутри трёхмерных тканей в лаборатории. Размер сенсоров близок к размеру отдельных клеток, из которых состоит ткань. Используя методы визуализации и вычислительные методы, исследователи смогли рассчитать генерируемые клетками силы, вызывающие деформацию сфер.
В качестве первого применения «Миросферические датчики напряжения» были использованы для изучения клеток, которые объединяются, образуя 3D-культуру. Команда профессора Мораэса наблюдала спонтанное формирование напряжённой «кожи» вокруг этой массы клеток, которая сохраняет ткань целой и под механическим сжатием. Результаты были недавно опубликованы в Nature Communications.
«Интуитивно понятно, что для уплотнения сфероидов должны действовать какие-то силы: любое изменение формы требует силы. Однако осознание того, что относительно небольшие уровни напряжения в "коже" достаточны для уравновешивания больших сжимающих нагрузок внутри ткани, было довольно удивительным и продемонстрировало, как скоординированная деятельность относительно слабых клеток может приводить к большим эффектам», — говорит профессор Мораэс, который также является канадским исследовательским председателем в области передовых клеточных микроокружений.
Возможность визуализировать силы внутри биологических культур даёт представление о сложном взаимодействии между клетками и механикой окружающей среды, добавляет он.
«Способность измерять локализованные силы внутри многоклеточных тканей жизненно важна для понимания процессов развития и может иметь практическую пользу при разработке новых стратегий тканевой инженерии», — добавляет Мораэс.