Un modelo fraccional para el estudio de las propiedades visco-elásticas de células cancerosas mediante microscopía de fuerza atómica

Abstract

When an organ of our body does not work properly it is because part of the tissue is damaged or there is a tumor. These damages are reflected in the mechanical properties of the cells that constitute these tissues. Therefore, quantifying and understanding the changes that cells undergo in their mechanical properties can help us comprehend how certain disease affects the tissues or organs of a biological system. For more than a decade, the atomic force microscopy technique has been used to observe biological materials, such as bacteria and cells, in addition to their components such as microtubules, proteins, etc. The advantage of using AFM over other techniques to observe live microorganisms is that the measurement is done text it In situ, which allows to characterize the biological system in a state that resembles its natural environment. AFM cell studies focused on morphology. But recently interest in studying its mechanical properties has grown. Because they are closely related to their health and to processes such as adhesion, motility and cell proliferation, just to mention a few processes. The study of a simple cell can show us the origin of some disease or a malfunction in general of a tissue, which in turn is reflected in a disease in the complex human body. From the mechanical point of view, an elastic model for the cell does not correctly describe its behavior. Despite this, many studies are based on a Hertz type approximation model, where its main hypothesis is that the system to be studied is purely elastic.

Cuando un órgano de nuestro cuerpo no funciona de manera correcta es debido a que parte del tejido esta dañado o bien, existe algún tumor. Estos daños se ven reflejados en las propiedades mecánicas de las células que conforman estos tejidos. Por ello, cuantificar y entender los cambios que sufren las células en sus propiedades mecánicas nos puede ayudar a comprender como afecta determinada enfermedad a los tejidos u órganos de un sistema biológico. Hace más de una década que la técnica de microscopia de fuerza atómica se ha utilizado para observar materiales biológicos, como las bacterias y células, además de sus componentes como son micro túbulos, proteínas, etc. La ventaja de usar AFM sobre otras técnicas para observar microorganismos vivos es que la medición se hacen In situ, lo cual permite caracterizar el sistema biológico en un estado que se asemeje a su ambiente natural. Los estudios en células mediante AFM se centraban en la morfología. Pero recientemente ha crecido el interés por estudiar sus propiedades mecánicas. Debido a que están estrechamente relacionadas con la salud de las mismas y con procesos como adhesión, la motilidad y proliferación celular, solo por mencionar algunos procesos. El estudio de una célula simple nos puede mostrar el origen de alguna enfermedad o un mal funcionamiento en general de un tejido, que a su vez se ve reflejado en una enfermedad en el complejo cuerpo humano. Desde el punto de vista mecánico, un modelo elástico para la célula no describe correctamente el comportamiento de la misma. A pesar de esto, muchos estudios se basan en un modelo de aproximación tipo Hertz, donde su principal hipótesis parte de que el sistema a estudiar es puramente elástico.