Nanomecánica celular determinada por Microscopía de Fuerzas Atómicas. Aplicaciones en Biomedicina
- Autores: Carlos R. Guerrero Rodriguez
- Directores de la Tesis: Ricardo García García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Número de páginas: 165
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
Una de las fortalezas de la microscopía de fuerzas atómicas (AFM) radica en su capacidad de obtener y evaluar propiedades mecánicas de materiales de forma cuantitativa. Este hecho ha abierto las puertas a la implantación de este tipo de instrumentación a campos como la biomedicina y los biomateriales, no solo proporcionando imágenes topográficas de alta resolución, sino también caracterizando la respuesta mecánica de gran variedad de muestras.
Esta tesis doctoral ha estado basada en la caracterización de las propiedades mecánicas tanto de células como de tejidos biológicos, teniendo como objetivo el dar una mayor precisión y consistencia a los análisis basados en medidas realizadas por AFM. El primer capítulo introduce de forma general la relación entre la microscopía y la biología a lo largo de la historia. Se centra en la configuración del AFM, la calibración del instrumento, su uso como herramienta cuantitativa y el experimento denominado como curva de fuerza-distancia. Posteriormente, se introduce lo denominado como “espectroscopía de fuerzas clásicas” en mecánica de contacto y el concepto de módulo de Young, incluyendo gráficas con las durezas de los materiales más emblemáticos.
En el segundo capítulo se discuten las diferencias que hay entre los modelos infinitos puramente elásticos y las muestras biológicas a la que nos enfrentamos (efecto del substrato, corteza celular y comportamiento viscoelástico). Se describen los distintos conceptos que abarca la viscoelasticidad, introduciendo los modelos mecánicos constitutivos usados más frecuentemente. Y se finaliza con una introducción a los distintos procedimientos y técnicas experimentales existentes en la actualidad para obtener información viscoelástica de células.
El conocimiento introducido en los dos primeros capítulos ve su fruto en el tercero. En este capítulo se desarrolla una metodología para la determinación de propiedades mecánicas en materiales viscoelásticos (células) a partir de experimentos de indentación con AFM. Se estudia el comportamiento reológico de fibroblastos para frecuencias en el rango de 0.2 a 4 Hz, y se analizan los cambios en las propiedades mecánicas de dichos fibroblastos ante modificaciones químicotemporales en el entorno celular.
Hasta ahora se había analizado la respuesta mecánica de la célula de forma global. En el cuarto capítulo se utiliza la teoría elaborada en el capítulo anterior con el fin de desarrollar una metodología capaz de obtener mapas tridimensionales de información mecánica, que lleven a visualizar y analizar heterogeneidades propias de las células. Esta metodología, que además de AFM combina técnicas como fluorescencia y simulaciones por elementos finitos, tendrá como fin último el detectar contribuciones de estructuras y arquitecturas internas de la célula a partir de los mapas de propiedades mecánicas.
La tesis concluye con dos aplicaciones dentro del mundo de la biomedicina y los biomateriales, correspondientes al quinto y sexto capítulo. Primero, se estudiará desde el punto de vista mecánico la influencia y posibles ventajas que tienen los implantes basados en espumas tridimensionales porosas de óxido de grafeno reducido en la regeneración neural de ratas con una hemisección crónica de la médula espinal. Y segundo, se investigará el papel que juega la caveolina-1 y las caveolas en los mecanismos, principalmente mecanobiológicos, relacionados con el almacenamiento de grasa. Todo ello conteniendo estudios de la respuesta mecánica, tanto a nivel tisular como celular.
