Многопрофильная группа инженеров Корнелла и коллег из Университета Пенсильвании разработала метод измерения силы, которую клетка — в данном случае клетка рака груди — оказывает на свое волокнистое окружение. Понимание этих сил имеет значение для многих дисциплин, включая иммунологию и биологию рака, и может помочь ученым лучше разрабатывать каркасы из биоматериалов для тканевой инженерии.
Группа, возглавляемая Мингминг Ву, доцентом кафедры биологической и экологической инженерии, разработала трехмерную микроскопию силы растяжения для измерения смещения шариков флуоресцентных маркеров, распределенных в коллагеновой матрице. Гранулы перемещаются за счет вытягивания мигрирующих клеток рака молочной железы, встроенных в матрицу.
Важной частью головоломки было вычисление силы, действующей на клетки, с использованием смещения бусинок. Этот расчет был выполнен командой под руководством Вивека Шеноя, профессора материаловедения и инженерии Пенсильванского университета.Статья группы «Волокнистая нелинейная эластичность обеспечивает положительную механическую обратную связь между клетками и внеклеточными матрицами», опубликованная в Интернете 21 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences. Мэтью Холл, доктор философии. ’16, ныне постдокторский исследователь в Мичиганском университете, является ведущим автором и разработал коллагеновые матрицы, используемые в исследовании.
Ву, который также был связан с Корнельским центром микросреды и метастазов в Weill Cornell Medicine, который существовал с 2009 по 2015 год, сказал, что работа группы сосредоточена на основном вопросе: сколько силы клетки оказывают на свой внеклеточный матрикс, когда они мигрируют?«Матрица подобна веревке, и для того, чтобы клетка двигалась, они должны приложить силу к этой веревке», — сказала она. «Вопрос возник из-за метастазов рака, потому что, если клетки не перемещаются, это доброкачественная опухоль и, как правило, не опасна для жизни».Когда раковые клетки мигрируют, могут возникнуть серьезные проблемы. Эта миграция происходит посредством «перекрестного взаимодействия» между клеткой и матрицей, как обнаружила группа.
Когда клетка тянет за матрицу, волокнистая матрица становится жесткой; в свою очередь, жесткость матрицы заставляет клетку сильнее тянуть, что делает матрицу еще более жесткой.Эта повышенная жесткость также увеличивает расстояние передачи клеточной силы, что потенциально может способствовать метастазированию раковых клеток.
«Мы показали, что клетки способны выравнивать волокна в непосредственной близости от них посредством приложения силы», — сказал Холл. «Мы также показали, что когда матрица более волокнистая — меньше похожа на сплошной материал и больше похожа на сетку волокон — они способны выравнивать волокна за счет создания силы. И как только волокно выровнено и туго натянутые, клеткам легче тянуть за них и мигрировать ".«Я твердо верю, что каждое новое научное открытие идет рука об руку с развитием новых технологий», — сказала она. «И с каждым новым инструментом вы открываете для себя что-то новое».