O estudo revela o fluxo entre as células como um fator decisivo na mecânica de tecidos

A água constitui cerca de 60 % do corpo humano. Mais da metade dessa água gira em torno das células que compõem órgãos e tecidos. Grande parte da água restante flui para os cantos e biscoitos entre as células, como a água do mar entre os grânulos de areia.

Agora, os engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts descobriram que esse líquido “entre células” desempenha um papel importante na maneira como o tecido responde quando pressionado, pressionado ou fisicamente distorcido. Os resultados dos cientistas podem ajudar a entender como as células, tecidos e órgãos são fisicamente adaptados com casos como envelhecimento, câncer, diabetes e algumas doenças neurológicas musculares.

Em uma folha aparece em Nature PhysicsOs pesquisadores explicam que, quando os tecidos são pressionados ou pressionados, ele é mais cumprido e relaxa mais rapidamente quando o líquido flui entre suas células facilmente. Quando as células são mobilizadas juntas, há um espaço mais baixo para fluir entre as células, os tecidos como um todo são mais sólidos e resistem à pressão ou pressão sobre elas.

Os resultados desafiam o desafio da sabedoria tradicional, que assumiu que a conformidade do tecido depende principalmente do que está dentro dele, não ao seu redor, uma célula. Agora que os pesquisadores mostraram que o fluxo entre as células determina como os tecidos se adaptarão às forças físicas, os resultados podem ser aplicados para entender uma ampla gama de casos fisiológicos, incluindo como os músculos se sustentam e se recuperam de infecção e como a adaptação física dos tecidos pode afetar o desenvolvimento do envelhecimento, câncer e outras condições médicas.

A equipe acha que os resultados também podem ensinar design de tecidos e órgãos artificiais. Por exemplo, na engenharia de tecidos artificiais, os cientistas podem melhorar o fluxo entre as células dentro dos tecidos para melhorar sua função ou elasticidade. Os pesquisadores suspeitam que o fluxo entre células também pode ser uma maneira de fornecer nutrientes ou tratamentos, para curar tecidos ou eliminar um tumor.

As pessoas sabem que existem muitos líquidos entre as células nos tecidos, mas quão importante isso é ignorado, especialmente na deformação do tecido, completamente. Agora parece que realmente podemos monitorar esse fluxo. Enquanto o tecido distorcido, o fluxo entre as células domina o comportamento. Portanto, vamos prestar atenção a isso quando estudamos doenças e tecidos de engenharia. “

Ming Guo, professor associado de engenharia mecânica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Guo é o autor do novo estudo, que inclui um doutorado importante e pós -PhD, ao lado de Bo Gao e Hui Li, da Universidade de Beijing, Willie Lee e Shuinan Liu, da Beijing Medical College, na Federação.

Pressão e pressão

Os tecidos e órgãos do corpo estão constantemente passando por deformidades físicas, a partir da grande extensão e tensão muscular enquanto se movem para contrações pequenas e fixas no coração. Em alguns casos, a facilidade de se adaptar à distorção da velocidade da qual qualquer pessoa pode se recuperar, por exemplo, pode se relacionar com uma reação alérgica, lesão atlética ou um sopro cerebral. No entanto, o que determina a resposta exata do tecido à deformação.

Gu e seu grupo analisaram o Instituto de Tecnologia de Massachusetts na mecânica de distorção de tecidos e o papel do fluxo entre as células em particular, depois de um estudo publicado em 2020. Nesse estudo, eles se concentraram em tumores e notaram a maneira como o líquido pode fluir do centro do tumor para suas bordas, através de rachaduras e criminosos entre células tumorais individuais. Eles descobriram que, quando um tumor foi pressionado ou pressionado, o fluxo entre as células aumentou, ele funciona como uma correia de transporte para transportar o líquido do centro para as bordas. Eles descobriram que o fluxo entre as células poderia invadir o tumor nas áreas circundantes.

Em seus novos estudos, a equipe analisou o papel do papel que esse fluxo entre células em outros tecidos não cancerosos pode desempenhar.

“Se você permite que o fluido flua entre as células ou não parece ter um efeito importante. Por isso, decidimos olhar além dos tumores para ver como esse fluxo afeta a forma como outros tecidos respondem à deformação. “

Fluido

Guo e Liu e seus colegas estudaram o fluxo entre células em uma variedade de tecidos biológicos, incluindo células derivadas do tecido pancreático. Eles realizaram experimentos primeiro, elevando pequenos grupos de tecidos, com menos de um quarto de milímetro e dezenas de milhares de células individuais. Cada conjunto de tecidos em uma plataforma de teste especialmente projetada que a equipe foi especialmente construída para estudo.

“Existem essas amostras de microtissudes nesta área doce, onde são muito grandes, para que não possam ser vistas com técnicas de microscópio atômico e muito menores para dispositivos com alta”, diz Quh. “Portanto, decidimos construir um dispositivo”.

Os pesquisadores adaptaram uma medição microbiológica de alta precisão que mede mudanças precisas de peso. Eles reuniram isso com uma etapa passo a passo em uma amostra de nanômetro. A equipe colocou os grupos de tecidos um por um na balança e o peso de cada grupo variável é registrado de uma bola para a forma de uma torta de pressão. A equipe também tirou vídeos dos grupos à medida que foi pressionado.

Para cada tipo de tecido, a equipe fez grupos de tamanhos diferentes. Eles causaram a resposta do tecido ao fluxo através do fluxo entre as células, quanto maior o tecido, mais tempo a água vazar e, portanto, mais tempo o tecido para relaxar. Deve levar o mesmo horário, independentemente do tamanho, se a resposta do tecido for determinada pela estrutura do tecido em vez do líquido.

Durante várias experiências com uma variedade de tipos e tamanhos de tecido, a equipe observa uma tendência semelhante: quanto mais o grupo, mais relaxado, indica que o fluxo entre as células domina a resposta do tecido à deformação.

“Mostramos que esse fluxo entre células é um elemento decisivo que deve ser levado em consideração no entendimento básico da mecânica de tecidos e também aplicações nos sistemas vivos de engenharia”, diz Liu.

Para avançar, a equipe planeja considerar como o fluxo entre as células afeta a função do cérebro, especialmente em distúrbios como a doença de Alzheimer.

“O fluxo entre células ou intersticiais pode ajudá -lo a remover o desperdício e conectar nutrientes ao cérebro”, acrescentou Leo. “Em alguns casos, melhorar esse fluxo pode ser bom.”

“Como este trabalho aparece, aplicamos a pressão nos tecidos, o líquido fluirá”, diz Quh. “No futuro, podemos pensar em projetar métodos de massagem tecidual para permitir que o líquido transporte nutrientes entre as células”.

Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.