Ao dar às células vivas um “nano-cutucão” e monitorar as mudanças resultantes no ambiente intracelular, os pesquisadores tiveram o primeiro vislumbre de como células inteiras respondem à pressão mecânica externa.



Uma equipe liderada por cientistas do Instituto Nacional de Ciência de Materiais em Tsukuba, no Japão, usou uma técnica chamada microscopia de força atômica para aplicar força na superfície de várias células. O método usa sondas em nanoescala, com pontas de apenas alguns bilionésimos de metro de tamanho, para medir e mapear como a força é distribuída pela superfície celular e por toda a célula.

Os pesquisadores usaram o aprendizado de máquina para analisar e modelar as forças que mediram. Eles também usaram técnicas de fixação e coloração para estudar como a distorção da força afetava as estruturas internas da célula e os microtúbulos e filamentos de actina que constituem seu “esqueleto”.

O estudo foi publicado na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados .

“As células são materiais inteligentes que podem se adaptar a vários estímulos químicos e mecânicos do seu entorno”, diz Jun Nakanishi, um dos autores correspondentes do estudo e líder do Grupo de Mecanobiologia do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais. Essa capacidade de adaptação depende de mecanismos de feedback rápido para manter a célula intacta e saudável, e há evidências crescentes de que a falha desta resposta celular está subjacente a uma série de doenças, incluindo diabetes, doença de Parkinson, ataques cardíacos e cancro.

Até agora, os estudos destas respostas celulares têm sido limitados pelas técnicas utilizadas – por exemplo, alguns métodos requerem que as células sejam pré-equipadas com sensores, para que possam medir apenas uma pequena parte da resposta. "Inventamos uma maneira única de 'tocar' uma célula com uma 'mão' em nanoescala, para que a distribuição de força sobre uma célula completa pudesse ser mapeada com resolução nanométrica", diz Hongxin Wang, que é o primeiro autor do estudo e JSPS pós-doutorado no Grupo de Mecanobiologia.

O estudo revelou que as forças de tensão e compressão são distribuídas pelas fibras de actina e microtúbulos dentro da célula para manter sua forma, semelhante ao funcionamento dos postes e cordas de uma barraca de camping. Quando os investigadores desativaram a função de suporte de força das fibras de actina, descobriram que o próprio núcleo também está envolvido no contrapeso de forças externas, destacando o papel da estrutura interna do núcleo na resposta celular ao stress.

A equipe de pesquisa também comparou as respostas de células saudáveis ​​e cancerosas. As células cancerígenas provaram ser mais resistentes à compressão externa do que as células saudáveis, e eram menos propensas a ativar a morte celular em resposta.

As descobertas não apenas iluminam a complexa mecânica intracelular da resposta ao estresse, mas a descoberta de diferentes respostas nas células cancerosas pode oferecer uma nova maneira de distinguir células saudáveis ​​e cancerosas – uma ferramenta de diagnóstico baseada na mecânica celular.

Os hospitais atualmente usam o tamanho, a forma e a estrutura de uma célula para diagnosticar o câncer. No entanto, esses recursos nem sempre fornecem informações suficientes para diferenciar células saudáveis ​​e doentes.

"Nossas descobertas fornecem outra maneira de verificar as condições das células, medindo a distribuição de força, o que poderia melhorar drasticamente a precisão do diagnóstico", diz Han Zhang, outro autor correspondente do estudo e pesquisador sênior do Grupo de Microscopia Eletrônica, NIMS.

Mais informações: Hongxin Wang et al, Mapeando o estresse dentro de células vivas por microscopia de força atômica em resposta a estímulos ambientais, Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados (2023). DOI:10.1080/14686996.2023.2265434
Informações do diário: Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados

Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência de Materiais