Os desdobramentos das descobertas no mundo dos comportamentos celulares têm acentuado o papel de estímulos mecânicos, como tensão, tensão de cisalhamento de fluidos, compressão e rigidez do substrato, em ditar atividades celulares dinâmicas, como adesão, migração e diferenciação. Esses aspectos mecanobiológicos são de suma importância na elucidação de como as células interagem e respondem a seus ambientes fisiológicos, impactando diversos processos biológicos 1,2.
Na última década, ensaios de aspiração baseados em micropipetas têm se destacado como uma ferramenta versátil no estudo de diversas respostas celulares a estímulos mecânicos. Esta técnica oferece informações valiosas sobre as propriedades mecânicas intrínsecas de células vivas em nível de célula única, incluindo módulo elástico celular, rigidez e tensão cortical. Esses ensaios permitem a mensuração de vários parâmetros mecânicos, como tensão da membrana celular, pressão exercida sobre a membrana celular e tensão cortical (resumidos na Tabela 1). O estudo das forças aspiracionais enriqueceu nossa compreensão de como elas influenciam as funções e os processos celulares, particularmente no âmbito da dinâmica da membrana, incluindo fragmentação, alongamento e brotamento 3,4.
| Parâmetro mecânico | Descrição | Abordagens seminais |
| Rigidez Celular | Medição da rigidez mecânica e elasticidade de uma célula. | Aspiração da membrana celular e análise da resposta da deformação à pressão negativa20,21. |
| Força de Adesão | Avaliação da aderência das células às superfícies. | Aplicação de sucção controlada para desprender as células aderidas de um substrato2,22. |
| Tensão da membrana | Avaliação da tensão ou estresse dentro das membranas celulares. | Medida da deformação da membrana em resposta à pressão aplicada23,24. |
| Propriedades viscoelásticas | Caracterização do comportamento viscoso e elástico combinado de uma célula. | Análise da resposta tempo-dependente da deformação à aspiração23,25. |
| Deformabilidade | Determinação da facilidade com que uma célula pode mudar de forma. | Avaliação da extensão da deformação sob sucção controlada20,24. |
| Tensão superficial | Medição da tensão na superfície da célula. | Avaliação da pressão necessária para formar uma protrusão da membrana da micropipeta26. |
| Interação Célula-Material | Estudo de interações entre células e materiais ou substratos. | Aspiração de células em contato com diferentes materiais e observação de interações2,24. |
| Interação célula-célula | Exame de interações entre células vizinhas. | Aspiração de um grupo de células e análise de suas forças intercelulares27. |
Tabela 1: Parâmetros mecânicos caracterizados pelo ensaio de aspiração por micropipeta.
A técnica de aspiração por micropipeta tem sido amplamente utilizada no estudo das hemácias, avaliando a deformabilidade e as diversas características mecânicas das hemácias, o que é essencial para o entendimento de sua função no sistema circulatório. As hemácias apresentam notável adaptabilidade, preservando sua versatilidade mecânica contra deformações ao navegar pela intrincada rede capilar e fendas interendoteliais 5,6. Durante esse trajeto, as hemácias devem atravessar passagens tão estreitas quanto 0,5-1,0 μm, sujeitando-se a uma infinidade de forças mecânicas, incluindo tensão e compressão 7,8,9. Também apresentam alta sensibilidade ao estresse de cisalhamento gerado pelo fluxo sanguíneo durante a circulação10. Esses processos promovem a ativação de mecanismos regulatórios envolvendo o influxo de cálcio, um evento sinalizador crucial com papéis bem estabelecidos nas respostas celulares a estímulos mecânicos11,12. Os complexos mecanismos que governam a mecanosensing mediada por cálcio permanecem como temas de investigação em andamento.
Nesse contexto, o fMPA apresenta-se como uma abordagem eficaz para revelar a extensão da mobilização de cálcio sob forças mecânicas precisamente controladas, permitindo a aplicação simultânea de modulação mecânica (usando o sistema de aspiração de micropipetas) e visualização da intensidade de cálcio (usando indicadores fluorescentes). Ele imita particularmente o cenário fisiológico quando o eritrócito viaja através do estreitamento dos vasos sanguíneos. Vale ressaltar que o sistema fMPA que desenvolvemos pode gerar pressão com resolução de 1 mmHg. A câmera de alta velocidade implementada pode alcançar uma resolução temporal de 100 ms e uma resolução espacial no nível de submícrons. Essas configurações garantem a aplicação precisa de forças mecânicas às células vivas e, simultaneamente, capturam a sinalização celular resultante. Além disso, devido à natureza de engenharia integrativa deste setup, o ensaio de aspiração de micropipetas pode ser prontamente adaptado para complementar outros equipamentos ou técnicas, permitindo uma maior exploração dos meandros da mecânica celular. Essa versatilidade é uma vantagem adicional dessa abordagem.