セルグラム：オンザフライトラクション力顕微鏡

トラクションフォース顕微鏡（TFM）は、通常、ナノネウトン範囲にある細胞生成力の地図を導き出し、複雑な生物学的プロセスの作動時に細胞外環境に伝達されます。従来のアプローチでは、強制レンダリングには、参照画像を取得するために、細胞の死の端末の時間のかかるステップが必要です。概念的に反対のアプローチは、進行中の実験からのフライフライ生成のフォースマップを開く参照のない方法によって提供されます。これには、調査中の生物学的現象のペースを維持する画像処理アルゴリズムが必要です。ここでは、統合されたソフトウェアパイプラインレンダリングフォースマップを導入して、シングルリファレンスフリーのTFM画像から数秒から数分後に導入します。アルゴリズムは、画像処理、参照画像推定、および有限要素分析に単一の問題として取り組み、堅牢で完全に自動的なソリューションをもたらします。この方法の機能は、2つのアプリケーションで実証されています。まず、癌細胞の機械的消滅は、環境温度の上昇の関数として監視され、人口のしきい値を45°Cに設定します。第二に、個々の細胞間で生成される力の高速時間相関は、物理的に接続された接着点をマッピングするために使用され、細胞周期相の関数として変化する典型的な長さを生成します。

Traction force microscopy (TFM) derives maps of cell-generated forces, typically in the nanonewton range, transmitted to the extracellular environment upon actuation of complex biological processes. In traditional approaches, force rendering requires a terminal, time-consuming step of cell deadhesion to obtain a reference image. A conceptually opposite approach is provided by reference-free methods, opening to the on-the-fly generation of force maps from an ongoing experiment. This requires an image processing algorithm keeping the pace of the biological phenomena under investigation. Here, we introduce an integrated software pipeline rendering force maps from single reference-free TFM images seconds to minutes after their acquisition. The algorithm tackles image processing, reference image estimation, and finite element analysis as a single problem, yielding a robust and fully automatic solution. The method's capabilities are demonstrated in two applications. First, the mechanical annihilation of cancer cells is monitored as a function of rising environmental temperature, setting a population threshold at 45 °C. Second, the fast temporal correlation of forces produced across individual cells is used to map physically connected adhesion points, yielding typical lengths that vary as a function of the cell cycle phase.