Rheological characterization of actin polymeric networks: measurement and numerical modeling

• Main Author: Mariana Oshima Menegon
• Other Authors: Adriano Mesquita Alencar
• Language: English
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: biopolímeros; difusão; reologia; simulação
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-12092015-132058/

An outstanding problem of cellular mechanics is how to relate changes on the cytoskeleton which result in modifications of the viscoelastic properties of the cells. The proposal of this work is to understand the mechanical behavior of actin fibers, the major component of cytoskeleton, by means of experiments and development of a computational model that describe it, in an attempt to understand the microscopic origins of the viscoelasticity of F-actin networks. In this context, extensive scientific literature has focused on models of specific behaviors of the cytoskeleton fibers, specifically on actin filaments. However, the global question related to the cellular level remains open. In vitro actin solutions experiments were the starting point to study the mechanical behavior of the fibers. The produced experimental data was the gold standard to the numerical models that was developed to simulate the viscoelastic properties of the actin network. Thus, we built an experimental and computational framework to study the mechanical properties of the cytoskeleton, by the means of its most abundant component. === Um problema proeminente em mecânica celular é relacionar como as modificações do citoesqueleto das células eucariontes resultam em alterações nas suas propriedades viscoelásticas. A proposta deste projeto é entender o comportamento mecânico das fibras de actina, principal componente do esqueleto celular, através de experimentos e do desenvolvimento de um modelo computacional que o descreva, na tentativa de entender as origens microscópicas da viscoelasticidade de redes de actina. Nesse contexto, existe uma extensa bibliografia voltada a modelos de comportamentos específicos das fibras do esqueleto celular, em particular, dos filamentos de actina. Contudo, a questão global relativa ao nível celular permanece em aberto. Experimentos com géis de actina in vitro foram o ponto de partida para conhecer os comportamentos mecânicos das fibras. Os dados experimentais obtidos foram a referência principal aos modelos matemáticos desenvolvidos para simular as propriedades viscoelásticas da rede de actina. Assim, foi montado um ambiente de trabalho, experimental e computacional, para estudar as propriedades mecânicas do citoesqueleto por meio de seu componente mais abundante.