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Measuring mechanical stress in living tissues

生物医学工程 机械生物学 体内 纳米技术 牵引(地质) 显微镜 压力(语言学) 材料科学 形态发生 细胞生物学 生物物理学 病理 生物 医学 哲学 语言学 基因 生物技术 古生物学 生物化学
作者
Manuel Gómez-González,Ernest Latorre,Marino Arroyo,Xavier Trepat
出处
期刊:Nature Reviews Physics [Springer Nature]
卷期号:2 (6): 300-317 被引量:75
标识
DOI:10.1038/s42254-020-0184-6
摘要

Living tissues are active, multifunctional materials capable of generating, sensing, withstanding and responding to mechanical stress. These capabilities enable tissues to adopt complex shapes during development, to sustain those shapes during homeostasis and to restore them during healing and regeneration. Abnormal stress is associated with a broad range of pathological conditions, including developmental defects, inflammatory diseases, tumour growth and metastasis. A number of techniques are available to measure mechanical stress in living tissues at cellular and subcellular resolution. 2D techniques that map stress in cultured cell monolayers provide the highest resolution and accessibility, and include 2D traction force microscopy, micropillar arrays, monolayer stress microscopy and monolayer stretching between flexible cantilevers. Mapping stresses in tissues cultured in 3D can be achieved using 3D traction force microscopy and the microbulge test. Techniques for measuring stress in vivo include servo-null methods for measuring luminal pressure, deformable inclusions, Förster resonance energy transfer tension sensors, laser ablation and computational methods for force inference. Although these techniques are far from becoming everyday tools in biomedical laboratories, their rapid development is fostering key advances in our understanding of the role of mechanics in morphogenesis, homeostasis and disease. Methods for measuring stress in living cells, tissues and organs are advancing steadily and are increasingly being used for biomedical applications. In this Review, we discuss the concept of tissue stress and the techniques available to measure it in 2D and 3D cell and tissue cultures and in vivo.
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