Outil Nanoparticle-Basé Magnétique Neuf Pour Explorer Quantitativement le Comportement de Cellules

Published on October 16, 2012 at 6:54 AM

Utilisant des batteries des particules magnétiques minuscules environ 1.000 fois plus petites que la largeur des cheveux, les chercheurs de l'École d'UCLA Henry Samueli du Bureau D'études et la Science Appliquée ont prouvé qu'ils peuvent manipuler comment les milliers de cellules divisent, morph et développent des extensions comme un doigt.

Une cellule modelée pour adhérer à la forme d'un carré avec les nanoparticles localisés (bleu-foncé) entraînant le rétablissement local du filopodia riche en actine (vert). Le Noyau (bleu-vert) est également affiché. La taille de cellules est ~ 30 micromètres.

Cet outil neuf pourrait être utilisé en biologie du développement pour comprendre comment les tissus se développent, ou dans la cancérologie pour découvrir comment les cellules cancéreuses déménagent et envahissent des tissus environnants, les chercheurs ont dit.

Les découvertes de l'équipe d'UCLA ont été publiées le 14 octobre en ligne dans les Méthodes de Nature de tourillon.

Une cellule peut être considérée une machine biologique complexe qui reçoit des un assortiment « entre » et produit les « sorties particulières, » comme l'accroissement, le mouvement, la division ou la production des molécules. Au Delà du type de puissance d'entrée, les cellules sont extrêmement sensibles à l'emplacement d'une puissance d'entrée, en partie parce que les cellules exécutent « le multiplexage spatial, » réutilisant les mêmes signes biochimiques de base pour différents fonctionnements à différents emplacements dans la cellule.

La Compréhension de cette localisation des signes est particulièrement provocante parce que les scientifiques manquent des outils avec la définition suffisante et les règlent pour fonctionner à l'intérieur de l'environnement miniature d'une cellule. Et n'importe quel outil utilisable devrait pouvoir perturber beaucoup de cellules avec les caractéristiques assimilées simultanément pour réaliser une distribution précise des réactions, puisque les réactions de différentes cellules peuvent varier.

Pour traiter ce problème, une équipe interdisciplinaire d'UCLA que le professeur agrégé inclus de la bio-ingénierie Dino Di Carlo, chercheur post-doctoral Peter Tseng et professeur de Jack Judy de génie électrique a développé une plate-forme pour manipuler avec précision l'intérieur magnétique de nanoparticles uniformément a formé des cellules. Ces nanoparticles ont produit un signe mécanique local et ont fourni des réactions distinctes des cellules.

En déterminant les réactions des milliers de cellules avec la même forme aux stimulus nanoparticle-induits locaux, les chercheurs pouvaient exécuter un établissement d'une moyenne robotisé de la réaction des cellules.

Pour réaliser cette plate-forme, l'équipe a dû surmonter la première fois le défi de déménager de telles petites particules (chaque des 100 nanomètres de mesure) par l'intérieur visqueux d'une cellule une fois que les cellules les engloutissaient. Utilisant les technologies ferromagnétiques, qui permettent aux matériaux magnétiques de couper "ON" et « , » l'équipe a développé un élan pour inclure un réseau de petites cases ferromagnétiques dans une lamelle de verre microfabricated et pour mettre avec précision différentes cellules dans la proximité à ces cases avec une configuration des protéines qui adhèrent aux cellules.

Quand un champ magnétique externe est appliqué à ce système, les cases ferromagnétiques sont "ON" commuté et peuvent pour cette raison tirer les nanoparticles dans les cellules dans des sens particuliers et uniformément les aligner. Les chercheurs pourraient alors former et régler les forces dans les milliers de cellules en même temps.

Utilisant cette plate-forme, l'équipe a prouvé que les cellules ont répondu à cette force locale de plusieurs voies, incluant de la manière qu'elles se sont divisée. Quand les cellules passent par le procédé de la réplication pour produire deux cellules, l'axe de la division dépend de la forme de la cellule et des points d'attache par lesquels la cellule se retient en circuit sur la surface. Les chercheurs ont constaté que la force induite par les nanoparticles pourrait changer l'axe de la division cellulaire tels que les cellules se sont au lieu divisées le long du sens de la force.

Les chercheurs ont dit que cette sensibilité forcer peut jeter la lumière sur la formation et l'étirage compliqués des tissus pendant le développement embryonnaire. Sans Compter Que diriger l'axe de la division, ils ont constaté que la force locale nanoparticle-induite a également mené au lancement d'un programme biologique dans lequel les cellules produisent du filopodia, qui sont des extensions comme un doigt et riches en actine aux lesquelles les cellules utilisent souvent pour trouver des sites pour adhérer et auxquelles facilitez le mouvement.

Di Carlo, l'investigateur principal sur la recherche, envisage que la technique peut s'appliquer au delà du contrôle des stimulus mécaniques en cellules.

« Nanoparticles peut être enduit d'un grand choix de molécules qui sont importantes dans la signalisation de cellules, » il a dit. « Nous devrions maintenant avoir un outil pour vérifier quantitativement comment l'emplacement précis des molécules dans une cellule produit un comportement particulier. C'est une pièce manquante principale dans notre ensemble d'outils pour des programmes de compréhension de cellules et pour concevoir des cellules pour remplir des fonctionnements utiles. »

Di Carlo et l'équipe sont également associé avec le Centre de Lutte contre le Cancer Complet d'Institut et de Jonsson de la Californie NanoSystems de l'UCLA. Le travail a été financé par les Instituts de la Santé Nationaux par New Innovator Award de NIH d'un Directeur.

Source : http://www.ucla.edu

Last Update: 16. October 2012 07:41

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