(Phys.org) - Usando aglomerados de minúsculas partículas magnéticas de cerca de 1, 000 vezes menor que a largura de um cabelo humano, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UCLA Henry Samueli mostraram que podem manipular como milhares de células se dividem, se transformar e desenvolver extensões semelhantes a dedos.

Esta nova ferramenta pode ser usada na biologia do desenvolvimento para entender como os tecidos se desenvolvem, ou na pesquisa do câncer para descobrir como as células cancerosas se movem e invadem os tecidos circundantes, disseram os pesquisadores.

As descobertas da equipe da UCLA foram publicadas online em 14 de outubro no jornal Métodos da Natureza .

Uma célula pode ser considerada uma máquina biológica complexa que recebe uma variedade de "entradas" e produz "saídas" específicas, "como o crescimento, movimento, divisão ou produção de moléculas. Além do tipo de entrada, as células são extremamente sensíveis à localização de uma entrada, em parte porque as células realizam "multiplexação espacial, "reutilizando os mesmos sinais bioquímicos básicos para diferentes funções em diferentes locais da célula.

Compreender essa localização de sinais é particularmente desafiador porque os cientistas não têm ferramentas com resolução e controle suficientes para funcionar dentro do ambiente em miniatura de uma célula. E qualquer ferramenta utilizável teria que ser capaz de perturbar muitas células com características semelhantes simultaneamente para alcançar uma distribuição precisa de respostas, uma vez que as respostas das células individuais podem variar.

Para resolver este problema, uma equipe interdisciplinar da UCLA que incluiu o professor associado de bioengenharia Dino Di Carlo, o pós-doutorado Peter Tseng e o professor de engenharia elétrica Jack Judy desenvolveram uma plataforma para manipular com precisão nanopartículas magnéticas dentro de células de formato uniforme. Essas nanopartículas produziram um sinal mecânico local e produziram respostas distintas das células.

Ao determinar as respostas de milhares de células únicas com a mesma forma aos estímulos locais induzidos por nanopartículas, os pesquisadores foram capazes de realizar uma média automática da resposta das células.

Para alcançar esta plataforma, a equipe primeiro teve que superar o desafio de mover essas pequenas partículas (cada uma medindo 100 nanômetros) através do interior viscoso de uma célula, uma vez que as células as engolfaram. Usando tecnologias ferromagnéticas, que permitem que materiais magnéticos sejam "ligados" e "desligados", "a equipe desenvolveu uma abordagem para incorporar uma grade de pequenos blocos ferromagnéticos em uma lâmina de vidro microfabricada e colocar com precisão as células individuais nas proximidades desses blocos com um padrão de proteínas que aderem às células.

Quando um campo magnético externo é aplicado a este sistema, os blocos ferromagnéticos são "ligados" e podem, portanto, puxar as nanopartículas dentro das células em direções específicas e alinhá-las uniformemente. Os pesquisadores poderiam então moldar e controlar as forças em milhares de células ao mesmo tempo.

Usando esta plataforma, a equipe mostrou que as células responderam a esta força local de várias maneiras, inclusive na forma como se dividiram. Quando as células passam pelo processo de replicação para criar duas células, o eixo de divisão depende da forma da célula e dos pontos de ancoragem pelos quais a célula se mantém na superfície. Os pesquisadores descobriram que a força induzida pelas nanopartículas pode mudar o eixo de divisão celular de forma que as células se dividam ao longo da direção da força.

Os pesquisadores disseram que essa sensibilidade à força pode lançar luz sobre a intrincada formação e alongamento dos tecidos durante o desenvolvimento embrionário. Além de direcionar o eixo de divisão, eles descobriram que a força local induzida por nanopartículas também levou à ativação de um programa biológico no qual as células geram filopódios, que são como dedos, Extensões ricas em actina que as células costumam usar para encontrar locais aos quais aderir e que auxiliam no movimento.

Di Carlo, o principal investigador da pesquisa, prevê que a técnica pode ser aplicada além do controle de estímulos mecânicos nas células.

"As nanopartículas podem ser revestidas com uma variedade de moléculas que são importantes na sinalização celular, ", disse ele." Devemos agora ter uma ferramenta para investigar quantitativamente como a localização precisa das moléculas em uma célula produz um comportamento específico. Esta é uma peça-chave que faltava em nosso conjunto de ferramentas para a compreensão de programas de células e para células de engenharia para executar funções úteis. "