Une nouvelle technique qui utilise de minuscules boules élastiques remplies de nanoparticules fluorescentes vise à élargir la compréhension des forces mécaniques qui existent entre les cellules, rapport des chercheurs. Une équipe dirigée par l'Université de l'Illinois a démontré la quantification des forces 3-D dans les cellules vivant dans des boîtes de Pétri ainsi que dans des spécimens vivants. Cette recherche peut percer certains des mystères liés au développement embryonnaire et aux cellules souches cancéreuses, c'est à dire., cellules de repeuplement tumoral.

Depuis des décennies, les scientifiques ont lutté pour quantifier les forces, appelés tractions, cette poussée, tirer et presser les cellules tout au long de leur cycle de vie. Les outils disponibles pour mesurer la force n'étaient pas assez petits pour tenir dans les espaces intercellulaires ou assez sensibles pour détecter les mouvements minuscules au sein des colonies cellulaires.

Bien que petit à taille humaine, les grandeurs de ces forces mécaniques sont loin d'être négligeables au niveau cellulaire. Selon la nouvelle étude, des recherches antérieures menées par le groupe Illinois et d'autres indiquent que la traction joue un rôle fondamental dans la physiologie cellulaire.

L'équipe dirigée par le professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Ning Wang a rapporté ses découvertes dans le journal Communication Nature .

"Si nous plaçons une seule cellule dans un milieu à l'intérieur d'une boîte de Pétri, elle ne survivra pas longtemps, même si nous fournissons tous les nutriments nécessaires, ", a déclaré Wang. "Les cellules ne forment aucune sorte de tissu car il n'y a pas de support ou d'échafaudage sur lequel construire."

Au fur et à mesure que les cellules grandissent et se reproduisent, ils exercent des forces les uns sur les autres tout en rivalisant pour l'espace. L'équipe a découvert que s'ils injectaient leurs minuscules sphères élastiques dans des embryons de poisson zèbre à un stade précoce et des colonies de cellules de mélanome de souris dans des boîtes de Pétri, eux aussi expérimentent les forces.

"Les cellules ne semblent pas s'inquiéter de l'intrusion, " a déclaré Wang. " Les sphères sont faites d'un microgel non toxique et même si les cellules les poussent, ils ne semblent pas interférer avec le développement."

Pour mesurer la quantité de force imposée aux cellules, l'équipe a placé des nanoparticules fluorescentes à l'intérieur des sphères. Lorsque les cellules pressent les sphères, les nanoparticules se déplacent toutes de la même quantité par zone de force. Les chercheurs peuvent ensuite mesurer les mouvements des particules incandescentes en utilisant la microscopie à lumière fluorescente pour calculer la quantité de force exercée sur les sphères et les cellules. En utilisant cette technique, l'équipe a marqué la première mesure réussie des trois types de force-compression, tension et cisaillement—dans les trois dimensions, a dit Wang.

Cette capacité à quantifier la force dans les cellules peut être très importante pour la recherche sur les cellules cancéreuses, a dit Wang. L'équipe a découvert que lorsque les cellules tumorales de mélanome de souris in vitro commencent à se reproduire d'une seule cellule à environ 100 à 200 cellules, la contrainte de compression n'augmente pas.

"Nous pensions que les cellules cancéreuses généreraient plus de pression à ce stade précoce de croissance alors que la masse de la tumeur augmente, comme nous l'avons observé dans les embryons de poisson zèbre, mais ils ne le font pas, ", a déclaré Wang. "Nous soupçonnons que les cellules cancéreuses commencent à se propager ou à se métastaser juste après ce stade."

Les tumeurs primitives ne sont généralement pas mortelles, a dit Wang. Le véritable tueur semble être la propagation des cellules de repeuplement tumoral des tumeurs primaires dans les tissus mous - avec de faibles tractions intercellulaires - comme la moelle osseuse, cerveau, poumon et foie. "Bien que le mécanisme sous-jacent des métastases ne soit pas clair, nous avons émis l'hypothèse que les cellules de repeuplement tumoral se propagent très rapidement dans ces tissus mous secondaires. Avoir la capacité de mesurer les changements de tractions au niveau intercellulaire peut servir d'outil de détection précoce du cancer, " a dit Wang.

Cette technologie de sphère de microgel peut également aider à démêler les mécanismes derrière une drogue synthétique stoppant les métastases récemment décrite par Wang et ses collègues. En outre, Les co-auteurs de Wang continuent d'appliquer cette technologie à la recherche sur les cellules souches et embryonnaires. « Quand d'autres chercheurs voient ce nouvel outil puissant que nous avons développé, ils seront ravis de l'utiliser dans de nombreuses physiologies cellulaires différentes, développement et applications de la maladie, " a dit Wang.