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1 Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares Ana Cláudia Soares Pereira orientador: Prof. Marco A. P. Idiart Instituto de Física Universidade Federal do Rio Grande do Sul Av. Bento Gonçalves 9500, Porto Alegre - RS Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.1/17

2 Introdução Um dos problemas fundamentais na embriogênise é o correto posicionamento 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 imiscíveis, segregando-se naturalmente para minimizar sua energia superficial. Assim, agregados celulares apresentariam tensões superficiais cujos valores estão relacionados com sua adesividade. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.2/17

3 HAD de Steinberg 1963 Comportamento apresentado por muitas células embriônicas e por líquidos ordinários ou pares de líquidos imiscíveis. Arredondamento Reagrupamento ~ Fusao ^ Coalescencia Envelopamento ~ Configuracao de equilibrio ~ Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.3/17

4 Para explicar o comportamento de estruturas celulares artificiais Steinberg propôs a a HAD. De acordo com esta visão, as diferenças de adesão entre tipos diferentes tipos celulares direciona o processo de segregação. O comportamento apresentado pela população celular embriônica, possue certas caracteríscas que mimetizam fluidos imiscíveis: Arredondamento de fragmentos de tecidos; Espalhamento de tecido celular sobre a superfície de outro; Reagrupamento de células; Coalescência de pequenos aglomerados celulares em aglomerados maiores até a formação de agregados; Classificação hierarquica; Correspondência do potencial de envelopamento e tensão superficial. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.4/17

5 Segregação e regeneração a ) 1mm 1mm Depois de horas, o agregado está completamente regenerado. 1mm 1mm Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.5/17

6 Regeneração de tecidos celulares *Fig. 1 após o corte (0,39 e 0,31mm de diâmetro); *Fig horas ; *Fig horas; *Fig 4 - está completamente regenerado. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.6/17

7 Reologia A reologia estuda como corpos sólidos ou fluidos respondem quando aplicada 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 tensão superficial e pressão é dada pela relação de Laplace: P = σ ( 1 R + 1 ) r T y dx Elemento de T x dy T x área T y ( b ) Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.7/17

8 Comportamento viscoelástico: agregados celulares apresentam comportamento misto, ou seja: Comportamento elástico: agregados celulares quando submetidos a forças que causam deformação, por uma período de tempo menor que o tempo de relaxação, apresentam comportamento elástico; Comportamento viscoso: agregados celulares quando submetidos a forças de causam deformação, por um período de tempo maior que o tempo de relaxação, apresentam comportamento de um fluido viscoso; O comportamento elástico das células ocorre devido a tensão superficial. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.8/17

9 Procedimento experimental Procedimento geral Obter células isoladas de hidras, observar a segregação e ordenamento e obtenção das medidas de tensão superficial. Aparato experimental 1 3 Bolha de ar F a Agregado celular F b Parafuso micrometrico Placa de aluminio 1) Parafuso micrométrico; 2) Suporte acrílico; 3) Suporte teflon; 4) Haste alumínio; 5) Base teflon; 6) Lâmina de alumínio. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.9/17

10 Resultados Bolha de ar e agregado antes da tomada de medidas. A reação do agregado a uma breve compressão é semelhante a sólido elástico. Se o agregado é mantido pressionado, por tempo superior ao tempo de relaxação, seu comportamento é de um fluido viscoso. 1mm Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.10/17

11 Podemos estimar a tensão superficial usando a relação de Laplace: σ = F πr 2 3 ( 1 R R 2 ) 1 R 3 R 2 R 2 R 1 R 3 Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.11/17

12 Os valores de tensão superficial medidos foram: Agregado Diâmetro (mm) Tempo (h) Compressão σ Nm 1)A 1 0, , )A 2 0,75 18,5 2 1, )A 3 0, , )A 4 0, , )A 4 0, , )A 4 0, , )A 5 0, , )A 6 0, , )A 6 0, , )A 6 0, , )A 6 0, , )A 7 0,53 14,5 1 1, )A 7 0, , )A 8 0,53 15,5 1 7, )A 9 0, , )A 10 0, , )A 11 0, , )A 12 0, , Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.12/17

13 Análise dos resultados: Concluímos conforme o gráfico que a tensão superficial independe do tamanho do agregado T(N/m) O valor médio estimado da tensão superficial é de 1, N m. D(mm) Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.13/17

14 Trabalhos relacionados *Experimento com Rana pipies realizado por Davis: Tecido σ ( dyna cm endoderme 0, 36 ± 0, 03 mesoderme 0, 56 ± 0, 06 ectoderme(bcr) 0, 80 ± 0, 07 ectoderme(underlain) 1, 60 ± 0, 25 ) Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.14/17

15 **Experimento com células embriônicas de vertebrado realizado por Steinberg, Foty e Forgacs. Tecido ( ) σ dyna 1 cm compressão ( ) σ dyna 2 cm 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 Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.15/17

16 Conclusão Observamos o processo de segregação e organização celular; Desenvolvemos um aparato experimental para medir a força aplicada sobre os agregados usando a bolha de ar como dinamômetro; Obtivemos medidas de tensão superficial em agregados mistos de hidras e vimos a dependência destas medidas com as características físicas do agregado; Analisamos as características físicas de nosso sistema biológico. Assim, possibilitando previsões téoricas, facilmente testáveis, de como tecidos formados de diferentes tipos celulares se organizam; Futuramente, pretendemos fazer medidas de tensão superficial em agregados de células únicas e analisar o processo de regeneração em agregados e tecidos celulares. Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.16/17

17 Bibliografia *Davis S.G., Phillips H.M. and Steinberg M.S. Developmental Biology.,192: , Steinberg M.S. Science., 131: , Foty A.R., Forgacs G., Pfleger C.M., and Steinberg M.S. Development, Cambrige, 122 (5): , **Forgacs G., Foty R. A, Shavir Y. and Steinberg M.S. Biophysical Journal, 74: , Comportamento hidrodinâmico de agregados celulares p.17/17