Comportamento hidrodinâmico deagregados celulares

Ana Claudia Soares Pereira

orientador: Prof. Marco A. P. Idiart

ana.claudia@ufrgs.br, idiart@if.ufrgs.br

Instituto de Fısica

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Av. Bento Goncalves 9500, Porto Alegre - RS

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Introdução

Um dos problemas fundamentais na embriogênise é o correto posiciona-

mento das células que compõem os diversos tecidos de um organismo

durante o desenvolvimento. A Hipótese da Adesão Diferenciada (HAD) de

Steinberg afirma que parte do problema de posicionamento é resolvido por

afinidade de adesão entre as células. De acordo com esta visão, dois tipos

celulares diferentes se comportariam como moléculas de líquidos imiscí-

veis, segregando-se naturalmente para minimizar sua energia superficial.

Assim, agregados celulares apresentariam tensões superficiais cujos va-

lores estão relacionados com sua adesividade.

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HAD de Steinberg 1963

Comportamento apresentado por muitas células embriônicas e porlíquidos ordinários ou pares de líquidos imiscíveis.

Arredondamento

Configuracao de equilibrio

Fusao

~

~

^

~

Coalescencia

Reagrupamento

Envelopamento

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Para explicar o comportamento de estruturas celulares artificiaisSteinberg propôs a a HAD. De acordo com esta visão, as diferenças deadesão entre tipos diferentes tipos celulares direciona o processo desegregação. O comportamento apresentado pela população celularembriônica, possue certas caracteríscas que mimetizam fluidosimiscíveis:

Arredondamento de fragmentos de tecidos;

Espalhamento de tecido celular sobre a superfície de outro;

Reagrupamento de células;

Coalescência de pequenos aglomerados celulares em aglomeradosmaiores até a formação de agregados;

Classificação hierarquica;

Correspondência do potencial de envelopamento e tensãosuperficial.

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Segregação e regeneração

a ) 1mm 1mm

Depois de 20-24 horas, o agregado está completamente regenerado.

1mm1mm

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Regeneração de tecidos celulares

*Fig. 1 após o corte (0,39 e 0,31mm de diâmetro); *Fig. 2 - 24 horas ; *Fig.

3 - 48 horas; *Fig 4 - está completamente regenerado.

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Reologia

A reologia estuda como corpos sólidos ou fluidos respondem quandoaplicada uma força mecânica que causa deformação ou fluxo de matéria.Em uma gota liquida existe uma relação entre sua tensão superficial,raios de curvaturas locais e pressão interna. A relação entre tensãosuperficial e pressão é dada pela relação de Laplace:

P = σ

(1

R+

1

r

)

Elemento

´ area

de

d

dy

y

x

T

T

Ty

xTx

( b )

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Comportamento viscoelastico: agregados celulares apresentamcomportamento misto, ou seja:

Comportamento elastico: agregados celulares quando submetidos aforças que causam deformação, por uma período de tempo menorque o tempo de relaxação, apresentam comportamento elástico;

Comportamento viscoso: agregados celulares quando submetidos aforças de causam deformação, por um período de tempo maior que otempo de relaxação, apresentam comportamento de um fluidoviscoso;

O comportamento elástico das células ocorre devido a tensão superficial.

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Procedimento experimental

Procedimento geral

Obter células isoladas de hidras, observar a segregação eordenamento e obtenção das medidas de tensão superficial.

Aparato experimental

2

31

6

4

5

Agregado celular

Placa de aluminio

FF ba

Bolha de ar

´

´

Parafuso micrometrico

1) Parafuso micrométrico; 2) Suporte acrílico; 3) Suporte teflon; 4) Haste

alumínio; 5) Base teflon; 6) Lâmina de alumínio.

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Resultados

Bolha de ar e agregado antes da tomada de medidas.

A reação do agregado a uma breve compressão é semelhante a sólidoelástico.

Se o agregado é mantido pressionado, por tempo superior ao tempo derelaxação, seu comportamento é de um fluido viscoso.

1mm

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Podemos estimar a tensão superficial usando a relação de Laplace:

σ =F

πR23

(1

R1+

1

R2

)−1

R3 R2

R2

R1R

3

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Os valores de tensão superficial medidos foram:

Agregado Diâmetro (mm) Tempo (h) Compressão σ“Nm

”

1)A1 0,75 16 1 1, 31.10−1

2)A2 0,75 18,5 2 1, 56.10−1

3)A3 0,89 20 1 1, 10.10−1

4)A4 0,62 14 1 1, 55.10−1

5)A4 0,63 14 2 1, 67.10−1

6)A4 0,73 14 3 2, 10.10−2

7)A5 0,62 16 2 1, 41.10−1

8)A6 0,83 19 1 1, 55.10−1

9)A6 0,71 19 2 1, 42.10−1

10)A6 0,72 19 3 1, 59.10−1

11)A6 0,79 19 4 9, 2.10−2

12)A7 0,53 14,5 1 1, 05.10−1

13)A7 0,57 15 2 7, 35.10−2

14)A8 0,53 15,5 1 7, 05.10−2

15)A9 0,50 17 1 1, 91.10−1

16)A10 0,63 12 1 1, 047.10−1

17)A11 0,66 18 1 1, 05.10−1

18)A12 0,75 20 1 2, 19.10−2

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Análise dos resultados:

Concluímos conforme o gráfico que a tensão superficial independedo tamanho do agregado.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

T(N

/m)

D(mm)

O valor médio estimado da tensão superficial é de 1, 40.10−1Nm .

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Trabalhos relacionados

*Experimento com Rana pipies realizado por Davis:

Tecido σ(dynacm

)

endoderme 0, 36± 0, 03

mesoderme 0, 56± 0, 06

ectoderme(bcr) 0, 80± 0, 07

ectoderme(underlain) 1, 60± 0, 25

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**Experimento com células embriônicas de vertebrado realizado porSteinberg, Foty e Forgacs.

Tecido σ1

(dynacm

)compressão σ2

(dynacm

)compressão

mesoderme 19, 96± 1, 56 19, 26± 2, 45

pele 11, 67± 1, 92 12, 97± 2, 40

coração 9, 03± 0, 78 8, 98± 0, 57

fígado 4, 47± 0, 34 4, 43± 0, 44

retina 1, 61± 0, 59 1, 70± 0, 52

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Conclusão

Observamos o processo de segregação e organização celular;

Desenvolvemos um aparato experimental para medir a força aplicadasobre os agregados usando a bolha de ar como dinamômetro;

Obtivemos medidas de tensão superficial em agregados mistos dehidras e vimos a dependência destas medidas com ascaracterísticas físicas do agregado;

Analisamos as características físicas de nosso sistema biológico.Assim, possibilitando previsões téoricas, facilmente testáveis, decomo tecidos formados de diferentes tipos celulares se organizam;

Futuramente, pretendemos fazer medidas de tensão superficial emagregados de células únicas e analisar o processo de regeneraçãoem agregados e tecidos celulares.

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Bibliografia

*Davis S.G., Phillips H.M. and Steinberg M.S. Developmental

Biology.,192:630-644, 1997.

Steinberg M.S. Science., 131:762- 408, 1962.

Foty A.R., Forgacs G., Pfleger C.M., and Steinberg M.S. Development,

Cambrige, 122 (5): 2298 - 2301, 1994.

**Forgacs G., Foty R. A, Shavir Y. and Steinberg M.S. Biophysical Journal,

74: 2227-2234, 1998.

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