Proprietà meccaniche e biofisiche di singole cellule

A living biological cell is a highly complex, multi-functional system whose mechanical cues have been recognized to be fundamental in its overall regulation. Despite the recent advances undergone by nanotechnologies, many doubts still surround how cell behavior is influenced by specific gene mutations and their encoding of part of their structural properties. Using traditional molecular techniques such as immunofluorescence staining, combined with atomic force microscopy, through systematic examination, it has been possible to demonstrate the important structural role of the nuclear lamina. Moreover, such procedures allowed to determine how mutations in a gene encoding part of it have consequences in the deformability and change in shape of cardiac cells. In recent years mechanical properties have been used to identify diseased states such as cancer. Others groups have used both simple models and isolated nuclei in an attempt to characterize their nuclear properties. Thus, in this study, we examine the nucleus of intact cells. In response to lamin modification, the shape of the nucleus results both complex and unable to be precisely characterized by isotropic mechanical properties. However, as demonstrated through our findings, the characterization of the cell's biomechanical properties is absolutely crucial in the field of biological physics. Surface indentation techniques for nanoindentation test, as well as quantitative measurement of rheological properties, are featured through stress relaxation tests. Furthermore, with single molecule force spectroscopy has been characterize the elastic part of the huge protein titin and its interactions with a protein member of the MARP gene family.

Una cellula vivente un sistema biologico multifunzionale altamente complesso, i cui segnali meccanici sono stati riconosciuti come fondamentali nella sua regolamentazione generale.Nonostante i recenti progressi compiuti dalle nanotecnologie, molti dubbi riguardano ancora come il comportamento delle cellule sia in influenzato da specifiche mutazioni geniche, e come queste ultime si rifettano nelle proprietà strutturali delle stesse. Utilizzando tecniche molecolari tradizionali come lo staining per immunouorescenza, combinata con la microscopia a forza atomica, attraverso l'esame sistematico, è stato possibile dimostrare l'importante ruolo strutturale della lamina nucleare. Inoltre, tali tecniche hanno consentito di determinare come le mutazioni in un gene che codifica parte di essa abbia conseguenze sulla deformabilit e sul cambiamento di forma delle cellule cardiache. Negli ultimi anni sono state utilizzate proprietà meccaniche per identificare condizioni come il cancro. Altri gruppi hanno usato sia modelli semplici sia nuclei isolati nel tentativo di caratterizzare le proprietà nucleari. In questo studio, esaminiamo il nucleo di cellule intatte. In risposta alla modificazione della lamina, le proprietà del nucleo risultano complesse e incapaci di essere precisamente caratterizzata da proprietà meccaniche isotropiche. Tuttavia, come dimostrato dai nostri risultati, la caratterizzazione delle proprietà biomeccaniche della cellula è assolutamente cruciale nel campo della fisica biologica. Le proprietà meccaniche sono state misurate con tecniche di nanoindentazione e le proprietà reologiche sono state evidenziate attraverso i test di rilassamento dello stress. Inoltre, con la spettroscopia di forza a singola molecola è stata caratterizzata la parte elastica dell'enorme proteina titina e le sue interazioni con una proteina membro della famiglia dei geni MARP. Il corpo di questa tesi presenterà e discuterà tutti gli studi summenzionati. La tesi è stata realizzata sotto la supervisione congiunta dell'Università di Trieste (UNITS), dell'International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB), dell'Università dell'Arizona (UofA) e dell'Università del Colorado Denver (UC).