New approaches for discrete and continuum analysis of the mechanical behaviour of cell

La tesi qui presentata riguarda la meccanica delle cellule. Negli ultimi anni l'interesse della comunità  scientifica ਠstato rivolto a questo aspetto della biologia cellulare, perchà©, com'ਠstato dimostrato, all'interno della cellula stimoli meccanici e segnali biochimici sono strettamente correlati, ma ancora non ਠchiaro il meccanismo che li lega. Le tecniche disponibili si suddividono in due grandi categorie in base al numero di cellule analizzate, ovvero si differenziano in base allo studio su una popolazione cellulare o su singola cellula. Dopo un'attenta analisi delle metodologie disponibili, si ਠdeciso di sviluppare due nuovi metodi. Il primo riguarda la deformazione di un gel poliacrilammidico su cui sono state depositate delle particelle fluorescenti. Questo metodo trae ispirazione dalla deformazione di substrati e dalla traction force microscopy, ovvero dallo studio dello spostamento delle particelle dovuto alla presenza della cellula ਠpossibile ottenere informazioni sulle forze applicate da quest'ultima. Un nuovo dispositivo ਠstato realizzato ed ha permesso di tirare il gel e quindi deformare una singola cellula e di studiare la risposta alla deformazione. In parallelo a questi studi caratterizzati dall'impiego di un substrato continuo e macroscopico, si ਠdeciso di sviluppare un nuovo dispositivo microelettromeccanico (MEMS), in cui l'aspetto pi๠innovativo ਠla presenza sullo stesso dispositivo di attuatori, deputati alla deformazione della cellula, e di sensori, che permettono di leggere le componenti della forza esercitata dalla cellula in risposta alla deformazione esercitata con gli attuatori. Per entrambe queste componenti si ਠscelta la struttura del comb drive. Tale dispositivo ਠstato progettato seguendo i vincoli costruttivi della tecnologia SOIMUMPs®, che realizza dispositivi MEMS con tecnologia SOI, una delle pi๠adatte allo studio cellulare. Sono state effettuate delle simulazioni agli elementi finiti, in particolare del sensore, in modo da poter valutare la sensibilità , che risulta essere dell'ordine dei µN. Durante la progettazione di questo dispositivo, ਠsorto il problema del posizionamento della cellula al centro del MEMS. La soluzione arriva dalla localizzazione di spot di proteine, che creano punti di ancoraggio per la cellula. In letteratura sono presenti alcuni lavori sul patterning di proteine, ma nessuno di questi soddisfa i vincoli imposti da un dispositivo tridimensionale quale il MEMS progettato. Un nuovo utilizzo di uno spettroscopio per microraman ਠstato sviluppato nell'ambito della litografia maskless. Tale tecnica permette di realizzare substrati patternati con risoluzione submicrometrica senza il vincolo di superfici piatte e la presenza di una maschera. Tale tecnica ਠstata utilizzata per depositare spot di proteine. Sono state testate positivamente la resistenza della fibronectina al processo litografico e la compatibilità  di quest'ultima alle cellule dopo il trattamento della litografia. Il risultato finale ਠstata la realizzazione di spot proteici con geometrie definite dall'utente e dimensioni paragonabili a quelle dei complessi cellulari per l'adesione (focal adhesion).