Los ingenieros del MIT han ideado una nueva forma no invasiva de medir la rigidez de las células vivas utilizando ondas acústicas. Su técnica les permite monitorear células individuales durante varias generaciones e investigar cómo cambia la rigidez a medida que las células pasan por el ciclo de división celular.
Según los investigadores, este enfoque también podría usarse para estudiar otros fenómenos biológicos, como la muerte celular programada o la metástasis.
"El monitoreo no invasivo de las propiedades mecánicas unicelulares podría ser útil para estudiar muchos tipos diferentes de procesos celulares", dice Scott Manalis, profesor de Andrew y Erna Viterbi en los departamentos de Ingeniería Biológica e Ingeniería Mecánica del MIT, miembro de Koch del MITInstitute for Integrative Cancer Research, y el autor principal del estudio.
También podría ser útil para analizar cómo las células tumorales de los pacientes responden a ciertos medicamentos, lo que podría ayudar a los médicos a elegir los mejores medicamentos para pacientes individuales, dicen los investigadores.
Joon Ho Kang, un estudiante graduado del MIT, es el primer autor del artículo, que aparece en la edición del 11 de febrero de Métodos de la naturaleza . Otros autores incluyen postdocs Teemu Miettinen y Georgios Katsikis, la estudiante graduada Lynna Chen, el erudito visitante Selim Olcum y el profesor de ingeniería química Patrick Doyle.
una medida única
La nueva técnica de medición utiliza una tecnología que el laboratorio de Manalis desarrolló previamente para medir la masa de las células. Este dispositivo, conocido como el resonador de microcanal suspendido SMR, puede medir la masa de las células a medida que fluyen a través de un fluido minúsculovoladizo relleno que vibra dentro de una cavidad de vacío. A medida que las células fluyen a través del canal, su masa altera ligeramente la frecuencia de vibración del voladizo, y la masa de la célula puede calcularse a partir de ese cambio en la frecuencia.
En el nuevo estudio, los investigadores descubrieron que también podían medir los cambios en la rigidez de la célula, específicamente, una estructura celular llamada corteza que se encuentra justo debajo de la membrana celular. La corteza, que ayuda a determinar la forma de unestá compuesta principalmente por filamentos de actina. La contracción y relajación de estos filamentos a menudo ocurre durante procesos como la división celular, la metástasis y la muerte celular programada, lo que lleva a cambios en la rigidez de la corteza.
En los últimos años, Manalis y sus alumnos se dieron cuenta de que la vibración del voladizo también crea una onda acústica que se puede usar para medir la rigidez de la partícula o celda que fluye a través del dispositivo. A medida que una partícula fluye a través del canal, interactúa con las ondas acústicas, cambiando el balance general de energía. Esto altera la vibración del voladizo, en una cantidad que varía según la rigidez de la célula o partícula. Esto permite a los investigadores calcular la rigidez de la célula midiendo cómocambia mucho la vibración
Los investigadores confirmaron que su técnica es precisa midiendo partículas de hidrogel de rigidez conocida, creadas en el laboratorio de Doyle, y midiéndolas a medida que fluían a través del dispositivo.
Las ondas acústicas utilizadas para generar estas mediciones perturban la célula en solo unos 15 nanómetros, mucho menos que el desplazamiento producido por la mayoría de las técnicas existentes para medir las propiedades mecánicas.
división celular
El equipo del MIT demostró que podían usar esta técnica para medir la rigidez de una sola celda repetidamente durante más de 20 horas a medida que fluían de un lado a otro a través del dispositivo SMR. Durante este tiempo, pudieron monitorear la rigidez a través de dos o más celdasciclos de división. Descubrieron que a medida que las células entran en la mitosis, la rigidez disminuye, lo que los investigadores creen que se debe a la inflamación que ocurre cuando las células se preparan para dividirse. Al obtener imágenes de las células, confirman que la corteza celular se vuelve más delgada a medida que la célula se hincha.
Los investigadores también encontraron que la rigidez celular cambia dinámicamente justo antes de dividirse. La actina se acumula en la región ecuatorial, haciendo que la célula se vuelva más rígida, mientras que las regiones polares se relajan más a medida que las actinas se agotan temporalmente.
"Podemos usar nuestra forma de medir la rigidez para observar la dinámica de la actina de una manera no invasiva y sin etiquetas", dice Kang.
Los investigadores planean comenzar a usar esta técnica para medir la rigidez de partículas aún más pequeñas, como los virus, y explorar si esa medida podría estar correlacionada con la infectividad de un virus.
"Medir la rigidez de las partículas submicrónicas con un rendimiento significativo actualmente no es posible con los enfoques existentes", dice Manalis. Dicha capacidad podría ayudar a los investigadores que están trabajando en el desarrollo de virus debilitados que podrían analizarse como posibles vacunas. Este tipo de medición también podríaser utilizado para ayudar a caracterizar partículas diminutas como las que se usan para la administración de medicamentos.
Otra posible aplicación es combinar la medición de rigidez con las mediciones de masa y tasa de crecimiento que el laboratorio de Manalis ha estado desarrollando como un posible predictor de cómo los pacientes con cáncer responderán a medicamentos particulares.
"Cuando se trata de ensayos para medicina de precisión, medir múltiples propiedades funcionales de la misma célula podría ayudar a hacer que las pruebas sean más predictivas", dice Manalis.
La investigación fue financiada por la Beca de Apoyo del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer NCI, el Centro Ludwig de Oncología Molecular, el Consorcio de Biología del Sistema de Cáncer del NCI y el Instituto de Biotecnologías Colaborativas a través de la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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