Microestruturas inteligentes de hidrogel permitem a aplicação precisa de força a sistemas celulares
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Nos tecidos, as células estão inseridas em estruturas tridimensionais complexas, conhecidas como matriz extracelular. As suas interações biomecânicas desempenham um papel crucial em numerosos processos biológicos. Os cientistas do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) desenvolveram um novo sistema de laboratório numa pastilha (lab-on-a-chip) baseado em estruturas inteligentes de hidrogel, que permite a aplicação de forças de pressão precisas em microambientes celulares. O método recentemente apresentado poderá ter aplicações futuras no diagnóstico médico de perturbações mecânicas em tecidos vivos.
Microestruturas de hidrogel sensíveis à luz incorporadas numa rede de colagénio. A microestrutura em primeiro plano é iluminada com um laser verde, provocando a sua contração. Isto remodela a rede de colagénio e exerce forças sobre as células circundantes.
Copyright: Vicente Salas-Quiroz
Biomecânica das células simulada num método "lab-on-a-chip
A remodelação mecânica do microambiente extracelular desempenha um papel crucial em processos biológicos como o desenvolvimento e a manutenção do equilíbrio fisiológico (homeostasia) e a cicatrização de feridas. A reprodução deste fenómeno em laboratório pode fornecer informações sobre as causas das alterações patológicas. No entanto, os métodos instrumentais anteriores não podiam ser integrados em sistemas lab-on-a-chip e ofereciam apenas uma precisão limitada. A equipa liderada pela Dra. Katja Zieske, chefe do grupo de investigação independente "Molecular Biophysics & Living Matter" no MPL, apresenta agora um novo método que pode ser utilizado para simular perturbações mecânicas controladas espacial e temporalmente de redes de polímeros biológicos num sistema lab-on-a-chip. Os processos biológicos que ocorrem durante essas perturbações podem assim ser examinados microscopicamente.
Hidrogéis inteligentes como micro-máquinas
Os cientistas utilizam microestruturas de hidrogéis inteligentes. Estes materiais poderosos são constituídos por polímeros que respondem a estímulos como a luz ou a temperatura alterando a sua estrutura. Dependendo do estímulo, contraem-se ou expandem-se. Os investigadores da MPL tiraram partido destas propriedades para exercer forças biomecânicas especificamente definidas em redes de polímeros biológicos, como o colagénio. Para além disso, os cientistas conseguiram avaliar a compatibilidade do sistema com células vivas.
Em primeiro lugar, a equipa de Zieske produziu e optimizou microestruturas de hidrogel termoresponsivas em câmaras de fluxo. A expansão das microestruturas de hidrogel foi testada sob estimulação de temperatura controlada pelo tempo para comprimir várias redes moleculares, tais como Matrigel, uma mistura de proteínas semelhantes a gel e uma rede de colagénio. Após a compressão, foi medida a deformação associada. Enquanto o Matrigel se deformava plasticamente, o colagénio relaxava elasticamente. Ao imitar as forças de pressão celular utilizando microestruturas inteligentes de hidrogel, a equipa de Zieske desenvolveu um sistema novo e versátil para fins de investigação. Estudos futuros poderão centrar-se na remodelação da matriz extracelular, bem como nos efeitos das forças mecânicas no seu microambiente celular, tanto em contextos fisiológicos como patológicos.
"O nosso método permite-nos gerar forças mecânicas com elevada precisão espacial e temporal e registar os seus efeitos nos sistemas biológicos. No colagénio, conseguimos detetar as alterações desencadeadas por estas forças, mesmo a distâncias de centenas de micrómetros, através do seguimento de microesferas fluorescentes", afirma Vicente Salas-Quiroz, primeiro autor do trabalho apresentado. "A nossa visão é desenvolver microestruturas inteligentes para diagnósticos médicos, a fim de contribuir para um sistema de saúde sustentável - por exemplo, na investigação de sistemas de modelos celulares 3D, tais como modelos de cancro e modelos para a formação de vasos sanguíneos. No futuro, as microestruturas inteligentes de hidrogel em sistemas lab-on-a-chip poderão servir como micromáquinas para manipular modelos de tecidos à escala micrométrica. Vemos aqui um grande potencial para utilização em diagnóstico", acrescenta Zieske.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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