Micrografia eletrônica do andaime “vazio” (sem hidrogel) que uma equipe internacional de pesquisa usou para deformar células individuais. Crédito:Marc Hippler, KIT
O comportamento das células é controlado por seu ambiente. Além de fatores biológicos ou substâncias químicas, forças físicas, como pressão ou tensão, também estão envolvidas. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e da Heidelberg University desenvolveram um método que os permite analisar a influência de forças externas em células individuais. Usando um processo de impressão 3-D, eles produziram micro-andaimes, cada um dos quais tem quatro pilares nos quais uma célula está localizada. Disparado por um sinal externo, um hidrogel dentro do andaime se expande e empurra os pilares, de modo que a célula deve "esticar". O trabalho faz parte do Cluster de Excelência "3-D Matter Made to Order" (3DMM2O). Os pesquisadores relatam seus resultados em Avanços da Ciência .
Muitos processos biológicos celulares, como a cicatrização de feridas ou o desenvolvimento de tecido, são fortemente influenciados pelas propriedades de seu ambiente. As células reagem, por exemplo, a fatores biológicos ou substâncias químicas. Contudo, a pesquisa está cada vez mais se concentrando nas forças físicas que agem sobre as células:como exatamente as células se adaptam a essas forças?
No âmbito do Consórcio Universitário Alemão-Japonês HeKKSaGOn e em cooperação com cientistas australianos, a equipe 3DMM2O adotou uma abordagem particularmente engenhosa para essa questão. Para a produção de seus "racks de alongamento" de células, eles usaram "gravação direta a laser, "um processo de impressão 3-D especial em que um feixe de laser controlado por computador é focado em um líquido de tinta especial para impressora. Suas moléculas reagem apenas nas áreas expostas e formam um material sólido. Todas as outras áreas permanecem líquidas e podem ser lavadas . "Este é um método estabelecido em nosso Cluster de Excelência para a construção de estruturas tridimensionais - na escala do micrômetro e abaixo, "explica Marc Hippler, do KIT Institute of Applied Physics, autor principal da publicação.
No caso atual, os pesquisadores usaram três tintas de impressora diferentes:a primeira tinta, feito de material repelente de proteínas, foi usado para formar o micro-andaime real. Usando uma segunda tinta de material que atrai proteínas, eles então produziram quatro barras horizontais que são conectadas a cada um dos pilares do andaime. A célula está ancorada nessas quatro barras. O verdadeiro empecilho, Contudo, é a terceira tinta:os cientistas a usaram para "imprimir" uma massa dentro do andaime. Se eles adicionarem um líquido especial, o hidrogel incha. Assim, desenvolve uma força suficiente para mover os pilares - e as barras com eles. Esse, por sua vez, tem o efeito de esticar a célula que está fixada nas barras.
Imagens microscópicas de luz de células embrionárias de camundongo coradas em seus estados normal (à esquerda) e estendido (à direita). As setas vermelhas indicam as forças que atuam nas células. Crédito:Marc Hippler
Células neutralizam a deformação
Os cientistas do Cluster of Excellence colocaram dois tipos de células completamente diferentes em sua prateleira de microestiramento:células tumorais ósseas humanas e células embrionárias de camundongo. Eles descobriram que as células neutralizam as forças externas com proteínas motoras e, assim, aumentam muito suas forças de tração. Quando a força de alongamento externa é removida, as células relaxam e voltam ao seu estado original. “Este comportamento é uma demonstração impressionante da capacidade de se adaptar a um ambiente dinâmico. Se as células não conseguissem se recuperar, eles não iriam mais cumprir sua função original - por exemplo, fechamento de feridas, "diz o professor Martin Bastmeyer do Instituto Zoológico do KIT.
Conforme a equipe descobriu, uma proteína chamada NM2A (miosina não muscular 2A) desempenha um papel decisivo na resposta das células à estimulação mecânica:as células tumorais ósseas geneticamente modificadas que não podem produzir NM2A mal foram capazes de neutralizar a deformação externa.
O trabalho no cluster de excelência foi realizado por cientistas da Heidelberg do campo da química biofísica, bem como da física e da neurobiologia celular e do KIT. Os membros do Consórcio Universitário Alemão-Japonês HeKKSaGOn incluem, entre outros, Universidade de Heidelberg, Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e Universidade de Osaka.
