El comportamiento de las células está controlado por su entorno. Además de factores biológicos o sustancias químicas, también intervienen fuerzas físicas como la presión o la tensión. Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT y la Universidad de Heidelberg desarrollaron un método que les permite analizarla influencia de fuerzas externas en las células individuales. Mediante un proceso de impresión 3D, produjeron microandamios, cada uno de los cuales tiene cuatro pilares en los que se encuentra una celda. Activado por una señal externa, un hidrogel dentro del andamio se hincha y empuja los pilaresaparte, de modo que la celda debe "estirarse".
El trabajo es parte del Clúster de Excelencia "3D Matter Made to Order" 3DMM2O. Los investigadores informan sobre sus resultados en avances científicos .
Muchos procesos biológicos celulares, como la cicatrización de heridas o el desarrollo de tejidos, están fuertemente influenciados por las propiedades de su entorno. Las células reaccionan, por ejemplo, a factores biológicos o sustancias químicas. Sin embargo, la investigación se centra cada vez más en las fuerzas físicas que actúanen las células: ¿cómo se adaptan exactamente las células a estas fuerzas?
En el marco del consorcio universitario alemán-japonés HeKKSaGOn y en cooperación con científicos australianos, el equipo de 3DMM2O ha adoptado un enfoque particularmente ingenioso a esta pregunta. Para la producción de sus "bastidores de estiramiento" de células, utilizaron "escritura láser directa", un proceso de impresión 3D especial en el que un rayo láser controlado por computadora se enfoca en un líquido de tinta de impresora especial. Sus moléculas reaccionan solo en las áreas expuestas y forman un material sólido allí. Todas las demás áreas permanecen líquidas y pueden lavarse ".Este es un método establecido en nuestro Grupo de Excelencia para la construcción de estructuras tridimensionales, en la escala micrométrica y por debajo ", explica Marc Hippler del Instituto KIT de Física Aplicada, autor principal de la publicación.
En el caso actual, los investigadores utilizaron tres tintas de impresora diferentes: la primera tinta, hecha de material repelente de proteínas, se utilizó para formar el microandamio real. Utilizando una segunda tinta de material atrayente de proteínas, produjeron cuatrobarras horizontales que están conectadas a uno de los pilares del andamio cada una. La celda está anclada a estas cuatro barras. Sin embargo, lo más sorprendente es la tercera tinta: los científicos la usaron para "imprimir" una masa dentro del andamio. Si entoncesagregue un líquido especial, el hidrogel se hincha. De este modo desarrolla una fuerza suficiente para mover los pilares - y las barras con ellos. Esto, a su vez, tiene el efecto de estirar la celda que está fijada a las barras.
Las células contrarrestan la deformación
Los científicos del Cluster of Excellence colocaron dos tipos de células completamente diferentes en su soporte de microestiramiento: células tumorales óseas humanas y células embrionarias de ratón. Descubrieron que las células contrarrestan las fuerzas externas con proteínas motoras y, por lo tanto, aumentan en gran medida su tensiónCuando se elimina la fuerza de estiramiento externa, las células se relajan y vuelven a su estado original. "Este comportamiento es una demostración impresionante de la capacidad de adaptarse a un entorno dinámico. Si las células no pudieran recuperarse, nocumplen su función original, por ejemplo, el cierre de heridas ", dice el profesor Martin Bastmeyer del Instituto Zoológico de KIT.
Como el equipo descubrió más adelante, una proteína llamada NM2A miosina 2A no muscular juega un papel decisivo en la respuesta de las células a la estimulación mecánica: las células tumorales óseas genéticamente modificadas que no pueden producir NM2A apenas pudieron contrarrestar ladeformación.
El trabajo en el grupo de excelencia fue realizado por científicos de Heidelberg del campo de la química biofísica, así como de la física y la neurobiología celular y de KIT. Los miembros del Consorcio Universitario Alemán-Japonés HeKKSaGOn incluyen, entre otros, la Universidad de Heidelberg, Instituto de Tecnología de Karlsruhe y Universidad de Osaka.
Cluster of Excellence 3D Matter hecho a pedido
En el grupo de excelencia 3D Matter Made to Order 3DMM2O, los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe y la Universidad de Heidelberg llevan a cabo una investigación interdisciplinaria sobre tecnologías y materiales innovadores para la fabricación de aditivos escalables digitales para mejorar la precisión y la velocidady rendimiento de la impresión 3D. El trabajo está dirigido a digitalizar completamente la fabricación en 3D y el procesamiento de materiales desde la molécula hasta la microestructura. Además de financiar como un clúster de excelencia bajo la competencia de Estrategia de Excelencia lanzada por la federación ylos estados federales, 3DMM3O está financiado por la Fundación Carl Zeiss.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Karlsruher Institut für Technologie KIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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