ABSTRACT
SUMMARY: Cellular differentiation is a highly regulated process that has vast implications for the mechanics of the cell. The interplay between differentiation induced cytoskeletal mechanical changes and strain on the nucleus is a potential cause of gene level changes. This study explores mechanical changes in SH-SY5Y neural cells during differentiation mediated by Retinoic Acid (RA) across Days 0 through 9. Findings suggest that cellular elongation increases 1.92-fold over a 10-day differentiation period, from 48.97 ±16.85µm to 93.96 ± 31.20 µm over 3 repeated trials and across multiple cells analyzed on ImageJ. Nuclear elongation increases less substantially from 17.51 ± 2.71 µm to 23.26 ± 3.10 µm over 3 repeated trials and across multiple cells. Results are statistically significant at a significance level of α = 0.05. This study is one of the first studies to show that during the process of RA mediated neural differentiation in SH-SY5Y neural cells, nuclear elongation is initially not significantly correlated with cellular elongation, but it becomes correlated during the differentiation process with an overall correlation coefficient of 0.4498 at a significance level of α = 0.05. Given the time course of the mechanical changes and the known coupling between the cytoskeleton and nuclear lamina, this study suggests a causative and correlative relationship between neurite-driven cellular elongation and nuclear elongation during neural differentiation.
RESUMEN: La diferenciación celular es un proceso altamente regulado que tiene vastas implicaciones para la mecánica de la célula. La interacción entre los cambios mecánicos citoesqueléticos inducidos por la diferenciación y la tensión en el núcleo es una causa potencial de cambios a nivel genético. Este estudio explora los cambios mecánicos en las células neurales SH-SY5Y durante la diferenciación mediada por el ácido retinoico (RA) durante los días 0 a 9. Los resultados sugieren que el alargamiento celular aumenta 1,92 veces durante un período de diferenciación de 10 días, de 48,97 ± 16,85 µm a 93,96 ± 31,20 µm en 3 ensayos repetidos y en múltiples células analizadas en Image J. El alargamiento nuclear aumenta menos sustancialmente de 17,51 ± 2,71 µm a 23,26 ± 3,10 µm durante 3 ensayos repetidos y en múltiples células. Los resultados son estadísticamente significativos a un nivel de significancia de α = 0,05. Esta investigación es uno de los primeros estudios en demostrar que durante el proceso de diferenciación neural mediada por RA en las células neurales SH-SY5Y, el alargamiento nuclear inicialmente no se correlaciona significativamente con el alargamiento celular, pero se correlaciona durante el proceso de diferenciación con un coeficiente de correlación global de 0,4498 a un nivel de significancia de α = 0,05. Dado el curso temporal de los cambios mecánicos y el acoplamiento conocido entre el citoesqueleto y la lámina nuclear, este estudio sugiere una relación causal y correlativa entre el alargamiento celular impulsado por neuritas y el alargamiento nuclear durante la diferenciación neural.
Subject(s)
Cytoskeleton , Cell Differentiation , Cell Nucleus , NeuronsABSTRACT
Cell-substrate interactions are relevant for a number of biological and clinical applications e.g. to determine the effectiveness of medical implants. Cells are natural transducers that respond to and sense signals originating in their microenvironment. One important cell signaling mechanism is known as chemo-mechanical transduction. This refers to the use of external mechanical cues to initiate internal biochemical cellular processes and vice versa. One key factor to characterize and understand these interactions is the evaluation of the mechanical forces present at the cell-substrate interface. Recent advances in the micro and nanotechnology fields have allowed the development of new tools for the measurement of cellular and tissue forces. These tools have provided a means to study extremely low cellular and subcellular forces (pN-µN) as well as detailed small-scale tissue mechanics. This paper will review some of the most significant approaches to characterize the mechanical properties of cells and tissues at the micro-scale. Material properties, device fabrication, and design issues will be discussed.
Las interacciones célula-sustrato juegan un papel fundamental en gran número de aplicaciones biológicas y clínicas. Las células son transductores naturales que sensan y responden a señales en su entorno fisiológico. Uno de los mecanismos más importantes empleados en la caracterización de interacciones celulares es la transducción químico-mecánica, la cual se basa en la implementación de señales externas que se aplican a la célula con el fin de inducir diversos procesos bioquímicos al interior de ésta y viceversa. Los avances alcanzados en el campo de la micro y nanotecnología han permitido el desarrollo de nuevas herramientas para medir fuerzas a nivel celular o incluso sub-celular (pN-µN), y dilucidar la mecánica de los tejidos en la escala micrométrica. La presente revisión literaria describe algunos de los micro-dispositivos empleados actualmente para caracterizar las propiedades mecánicas de las células y tejidos en la micro-escala.