Επιστήμονες διαμορφώνουν και χειρίζονται μαγνητικά κύτταρα για να προσομοιώσουν λειτουργίες βιολογικών ιστών

Συσσωματώματα κυττάρων (σφαιροειδή), καλλιεργημένων στο εργαστήριο, χρησιμοποιούνται ως συστήματα μοντέλων για να προσομοιώσουν πώς αυξάνονται και αναπτύσσονται οι βιολογικοί ιστοί και για να δώσουν εικόνα για τις μηχανικές τους ιδιότητες. Τώρα, η Claire Wilhelm στο Πανεπιστήμιο του Παρισιού Diderot και οι συνάδελφοί της ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο, βασισμένη σε εμφυτευμένα μαγνητικά νανο-σωματίδια, που διαμορφώνει τα σφαιροειδή. Αντίθετα με άλλες τεχνικές, η μέθοδός τους επιτρέπει να σχηματίζονται μεγάλα, σε μέγεθος χιλιοστού σφαιροειδή, με απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο και χαρακτηρισμό πολλαπλών μηχανικών ιδιοτήτων, όπως της επιφανειακής τάσης και της ιξωδοελαστικότητας (ταυτόχρονα θεώρηση ιξώδους και ελαστικότητας). Η δημοσίευση της μελέτης έγινε στο περιοδικό Physical Review Letters.

Για να εφοδιάσει τα κύτταρα με μαγνητικές ιδιότητες, η ομάδα πρόσθεσε μαγνητικά νανο-σωματίδια στο μέσο καλλιέργειας των κυττάρων. Τα κύτταρα απορρόφησαν αυτά τα νανο-σωματίδια χωρίς να μεταβάλλουν τις λειτουργίες τους. Γεμίζοντας ένα καλούπι με αυτά τα κύτταρα και ενεργοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο, οι συγγραφείς της μελέτης, μπόρεσαν να συμπυκνώσουν τα κύτταρα σχηματίζοντας ένα σφαιροειδές με ομοιόμορφα κατανεμημένα νανο-σωματίδια. Η τεχνική απέδωσε μεγέθη σφαιροειδών πάνω από μερικά χιλιοστά, πολύ μεγαλύτερα από αυτά που αποκτήθηκαν με προηγούμενες μεθόδους.

Για να ανιχνεύσουν τις μηχανικές ιδιότητες των σφαιροειδών, οι συγγραφείς τα τοποθέτησαν σε μια επίπεδη επιφάνεια και τα ισοπέδωσαν εφαρμόζοντας ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο. Τα πειράματα αποκάλυψαν ότι τα μικρά και τα μεγάλα σφαιροειδή ανταποκρινόταν διαφορετικά στην ισοπέδωση: Τα μικρά σφαιροειδή συμπεριφέρονταν σαν μικρές υγρές σταγόνες, ενώ τα μεγαλύτερα σφαιροειδή συμπεριφέρονταν σαν ελαστικά στερεά μικρές χρονικές διάρκειες και σαν υγρές σταγόνες μεγαλύτερες χρονικές διάρκειες. Η εγκατάσταση θα μπορούσε να ενισχυθεί για να κάνει εξαρτημένες χρονικά μετρήσεις με τη χρήση ενός ηλεκτρομαγνήτη. Μια ταλαντούμενη μαγνητική δύναμη ισοπέδωσης θα επέτρεπε να διερευνηθεί η ιξωδοελαστική ανταπόκριση του σφαιροειδούς σε διαφορετικές συχνότητες. Αυτή η τεχνική θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να μελετηθεί πώς διαδικασίες όπως η διαίρεση ή ο θάνατος του κυττάρου αλλάζουν τις μηχανικές ιδιότητες ενός ιστού και για να χαρακτηρίσει άλλα μαλακά συστήματα, όπως οι υδρογέλες.

Πηγή: APS

Περισσότερα στο άρθρο: Magnetic Flattening of Stem-Cell Spheroids Indicates a Size-Dependent Elastocapillary Transition, Phys. Rev. Lett. 114, 098105 – Published 4 March 2015