El flujo de fluido interconcial afecta la reacción tisular a las fuerzas físicas

El agua fabrica alrededor del 60% del cuerpo humano. Más de la mitad de esta agua ocurre dentro de las células que forman órganos y tejidos, y el agua restante fluye hacia el espacio en blanco entre las celdas.

Los ingenieros del MIT han descubierto que este fluido intercelular juega un papel importante cómo los tejidos se exprimen, presionan o cómo al reaccionar a deformados físicamente. Los investigadores mostraron que cuando un tejido se presiona o exprime, es más obediente y se relaja más rápidamente cuando el líquido entre sus células fluye fácilmente. Cuando las células se empaquetan simultáneamente y hay menos espacio para los flujos de interconexión, el tumbador del tejido es en su conjunto y se presiona o apreta. La conclusión puede ayudar a los científicos a comprender cómo las células, los tejidos y los órganos se adaptan físicamente al envejecimiento, el cáncer, la diabetes y algunas enfermedades neuromusculares.

Los resultados desafían el conocimiento tradicional, que ha asumido que el cumplimiento de un tejido depende principalmente de lo que es, en lugar de una célula, lo que es en lugar de una célula. Ahora que los investigadores han demostrado que el flujo intercelular determina cómo el tejido será favorable a las fuerzas físicas, estas nuevas ideas se pueden aplicar para comprender una amplia gama de afecciones físicas, en las cuales los músculos enfrentan el ejercicio y se recuperan de lesiones, y la optimización física del tejido puede afectar cómo el envejecimiento, el cáncer, el cáncer y otras condiciones médicas pueden afectar la progresión.

Ming Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, dijo: "La gente sabe que hay mucho líquido entre las células en los tejidos, pero especialmente cuán importante es en la deformación del tejido, completamente ignorado". "Ahora realmente mostramos que podemos observar este flujo. Y tan pronto como los tejidos se distorsionan, el flujo entre las células domina el comportamiento. Por lo tanto, cuando estudiamos enfermedades e ingeniería de tejidos, preste atención a ello".

El equipo imagina los resultados que informan el diseño de tejidos y órganos artificiales. Por ejemplo, en el tejido artificial de la ingeniería, los científicos pueden adaptarse a los flujos de interconexión dentro del tejido para mejorar su función o flexibilidad. Los investigadores sospechan que el flujo intercelular también puede ser un camino para distribuir nutrientes o tratamientos, ya sea para fijar un tejido o para erradicar tumores.

Guo es el escritor co-propenso y de co-relación del artículo publicado del equipo Física de la naturalezaS, título "El flujo interconneral domina la porolesticia del tejido multicelularLos autores del estudio incluyen Bu Gao, PhD y Hui Lee, escritor principal del MIT en MIT, Liu, PhD y Liran Lei de Peking Union Medical College, PhD y Shuunan Liu, PhD.

Los autores escribieron: "Los sistemas multicelulares, incluidos los tejidos blandos y los tumores, están hechos de células, matriz externa (ECM) y fluido". El tejido y los órganos en nuestro cuerpo están sufriendo deformidad fisiológica persistente, un gran estiramiento de músculos durante el movimiento y contracciones pequeñas y estables del corazón durante el estrés. El equipo comentó además: "Las características mecánicas de las células y la matriasis externa, como la elasticidad, el estrés superficial y la viscosidad, pueden afectar enfermedades como la fibrosis y la metástasis tumoral", comentó el equipo.

En algunos casos, con qué facilidad se adapta el tejido a la deformación, puede estar relacionado con la rapidez con que una persona puede superar, por ejemplo, una reacción alérgica, una lesión deportiva o accidente cerebrovascular. Él dijo: "La gran deformación y la adaptación de tejidos y órganos también pueden ocurrir rápidamente, como una contracción muscular esquelética, lesiones deportivas (por ejemplo, ligamentos), edema alérgico y accidente cerebrovascular", dijo.

De hecho, eso determina la reacción a la deformación de un tejido es en gran medida desconocida. Y como informaron los autores, "los tejidos multicelulares se han diseñado tradicionalmente como materiales viscolásticos, ignorando la abundancia del espacio de interconexión y el flujo de interconexión dentro de la estructura".

En el MIT, Guo y su grupo decidieron ver la mecánica de la deformación tisular, y especialmente el papel del flujo de interconexión que hicieron después de un estudio publicado en 2020. En ese estudio, los investigadores se centran en el tumor y la forma en que el líquido puede fluir a través de sus bordes desde el centro de un tumor, entre las células tumorales individuales. Descubrieron que cuando un tumor fue exprimido o presionado, el flujo intercelular aumentó, sirvió como una cinta transportadora para transportar fluido desde el centro a los lados. El flujo de interconexión, descubrieron, puede alimentar la invasión de tumores en las áreas circundantes.

Para sus estudios recién informados, el equipo notó qué papel podría desempeñar este flujo interconectado en otros tejidos no nominales. ,Ya sea que permita que el fluido fluya entre las células o no, no parece un efecto importante ", comentó Guo". Así que decidimos mirar más allá del tumor cómo este flujo afecta cómo reacciona otros tejidos a la deformidad. ,

Los científicos estudiaron el flujo de interconexión en una amplia variedad de tejidos biológicos, incluidas las células obtenidas de tejido células de células 3D de células cultivadas y tejido pancreático de ratón. Realizó experimentos en los que primero cultivó pequeños grupos de tejido, cada uno de los cuales mide menos de un milímetro de ancho y menos de miles de células individuales. Colocó cada clúster de tejido en una plataforma de prueba diseñada a medida, que fue creada especialmente por el equipo para estudios.

"Estas muestras microscópicas están en este campo dulce donde son muy grandes para mirar con técnicas de microscopía de fuerza atómica y son muy pequeñas para dispositivos más voluminales", dijo Guo. "Entonces, decidimos hacer un dispositivo".

Los investigadores optimizaron una sutileza de alto riesgo que mide menos cambios en el peso. Lo emparejaron con un motor de paso, diseñado para presionar una muestra, aplicando compresión de placa paralela (PPC), con precisión de los nanómetros. El equipo colocó el clúster de tejido a la vez en el equilibrio y registró el peso cambiante de cada grupo mientras descansaba en forma de panqueque en respuesta a la compresión con una carcasa. El equipo también tomó videos del clúster, ya que fueron exprimidos.

Para cada tipo de tejido, el equipo formó grupos de diferentes tamaños. Argumentó que si la respuesta del tejido se rige por el flujo entre las células, cuanto más grande se debe tomar el tejido para que se filtre a través del agua durante mucho tiempo y, por lo tanto, se debe tomar el tejido para relajarse durante mucho tiempo. Independientemente del tamaño, se debe tomar la cantidad del mismo tiempo si la reacción del tejido está determinada por la estructura del tejido en lugar del líquido.

En muchos experimentos con diferentes tipos de tipos y tamaños de tejido, el equipo observó una tendencia uniforme: cuanto más tiempo sea el grupo, cuanto más tiempo se relaje, muestra que el flujo intercelular domina una reacción tisular a la deformación. Él dijo: "Al construir una plataforma de micro mecánica cosida para realizar PPC, encontramos que tanto el ratón multicelular y el ratón multicelular 3D cultivó una porolasticidad obvia en un momento de los segundos de la pancreática", dijo. "Este comportamiento domina el flujo de fluido intersticial a través del espacio de interconexión entre las células ... Mostramos que la velocidad de la fuerza que se reprende depende del flujo de fluido interno dentro de los tejidos multicelulares; un gran espacio intercelular o un tejido esquelético multicular más elegante puede dar como resultado un flujo de líquido afilado y puede lograr una fuerza rápida".

Liu dijo: "Mostramos que es un componente importante a tener en cuenta en la comprensión fundamental de la mecánica de tejido de flujo intercelular y también se aplica en los sistemas de vida de ingeniería".

En su artículo, el equipo también dijo: "Nuestros resultados destacan la importante necesidad de considerar el flujo interno del fluido para comprender las prácticas estructurales y mecánicas de los sistemas multicelulares y pueden dar lugar al descubrimiento de nuevas estrategias para el sistema de vida multicelial".

En el futuro, los investigadores planearon ver cómo el flujo intermedio afecta la función del cerebro, especialmente en trastornos como la enfermedad de Alzheimer. Liu comentó: "El flujo intercelular o intersticial puede ayudarlo a eliminar los desechos y dar nutrientes al cerebro". "En algunos casos, puede ser bueno aumentar este flujo".

Guo comentó: "Como muestra el trabajo, a medida que aplicamos presión a un tejido, el fluido fluirá. En el futuro, podemos pensar en diseñar un masaje de tejido para permitir que el líquido transporte nutrientes entre las células".