Die Anwendung von körperfremden Materialien zur Behandlung verschiedenster Krankheitsbilder, wie zum Beispiel als Zahnersatz oder Knochenstabilisierung, ist seit Jahrtausenden fester Bestandteil in der Medizin. Während damals hauptsächlich stabile Materialien genutzt wurden, die möglichst wenig mit dem menschlichen Körper interagieren, wird heutzutage ein anderer Ansatz verfolgt. Intelligente Materialien können nicht nur passiv die Heilung unterstützen, sondern aktiv zu ihr beitragen. Ein berühmtes Beispiel hierfür ist das Formgedächtnismaterial Nitinol, das in Stents zur Behandlung verengter Arterien eingesetzt wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eisen-Palladium, einem neuen Formgedächtnismaterial, bei dem der Effekt nicht wie bei Nitinol über eine Temperaturänderung sondern durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Da man somit körpertemperaturbedingte Restriktionen in biomedizinischen Anwendungen umgehen kann, birgt Eisen-Palladium ein hohes Potential für Drug-Delivery Systeme oder mikromechanische Pumpen. Da eine optimale Verträglichkeit des Materials mit seiner biologischen Umgebung absolut unabdingbar ist, untersucht diese Arbeit verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu modifizieren und somit die Adhäsion biologischer Zellen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurden das Peptid RGD als spezifische Zelladhäsionssequenz, ein Plasmapolymer auf L-Lysin Basis als unspezifische Beschichtung und die Nanostrukturierung der Eisen-Palladium Oberfläche durch Glanzwinkeldeposition untersucht. Die verwendeten Methoden beinhalten Immunofluoreszenztests zur Quantifizierung der fokalen Kontakte zwischen Zellen und Material, theoretische Dichtefunktionaltheorie Rechnungen, sowie Kontraktilitätsmessungen mittels eines selbst entwickelten Biegebalkenaufbaus. Somit gelingt es in dieser Arbeit, die gegenseitigen Beziehungen des Materials mit der jeweiligen Oberflächenmodifikation mit den lebenden Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren. Durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Funktionalisierungsmethoden beleuchtet und die Bildung fokaler Kontakte für eine verbesserte Zelladhäsion wird maßgeblich verbessert.

INTRODUÇÃO: O carcinoma espinocelular de origem bucal (CEC) apresenta uma alta taxa de mortalidade devido à invasividade das células tumorais. A migração celular, principal evento da invasão e metástase, pode ser regulada tanto por fatores intrínsecos, como adesão e contratilidade celular, quanto extrínsecos, como composição, densidade e remodelagem da matriz extracelular (MEC). OBJETIVO: Avaliar o papel de elementos intrínsecos e extrínsecos sobre o processo invasivo do carcinoma espinocelular de origem bucal. MÉTODOS: Foi realizada imuno-histoquímica para as proteínas: Miosina II (isoformas A, B e C), metaloproteinases de matriz (1, 2, 9 e 14); imunofluorescência as proteínas: e-caderina, n-caderina, FAK, paxilina, vinculina e fibronectina em amostras de CEC oral. Foi realizado ensaio de migração nas seguintes condições: 1 – matriz 2D com o substrato de fibronectina, ou laminina ou matrigel; 2 – matriz 3D com colágeno na presença ou não de fibronectina ou laminina; 3 – matriz 3D com diferentes concentrações de colágeno (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) + fibronectina na presença ou não de um inibidor de MMP. Foi realizado análise de adesão celular utilizando-se o microscópio TIRF e o microscópio confocal, tanto em matrizes 2D quanto 3D. Foram realizados esferoides celulares para avaliar a contratilidade celular, através do plaqueamento das células em gel de agarose e a utilização de drogas que inibem ou que induzem a contratilidade, bem como a partir de células transfectadas com versões fosfomiméticas para a cadeia leve de miosina. Foi realizado ainda western blotting para proteínas: e-caderina, FAK, vinculina, paxilina, N-caderina, integrinas e as isoformas de miosina II, bem como foi avaliado os níveis de ativação das proteínas da família RhoGTPase, as quais estão envolvidas no controle da migração celular. RESULTADOS: A expressão das MMPs analisadas e das isoformas de miosinas foi maior nas zonas de invasão tumoral, sendo que o CEC oral também apresenta uma maior expressão de proteínas associadas à adesão com a MEC. A migração celular foi afetada pela densidade e a composição da MEC, bem como pela atividade das MMPs. Adicionalmente, a modulação das proteínas de adesão célula-matriz altera a velocidade de migração, a direcionalidade dessa migração e também a forma de migração, mudando de uma migração coletiva para uma migração individual. O aumento na contratilidade células resulta numa dispersão celular enquanto que a diminuição da contratilidade resulta numa melhor adesão célula – célula. CONCLUSÕES: O comportamento das células tumorais pode ser modulado através de fatores extrínsecos como, por exemplo, a alteração no microambiente tumoral, seja ela por mudança no substrato ou na densidade da matriz, e também dos fatores intrínsecos como a alteração nos níveis de miosina. / INTRODUCTION: Oral squamous cell carcinoma (OSCC) presents high mortality index due to the invasive phenotype of tumor cells. Cell migration is the main event in cell invasion and metastasis and it can be regulated by intrinsic factor, such as adhesion and cell contractility, and extrinsic factors, such as density and extracellular matrix (EMC) remodeling. OBJECTIVE: Analyze the role of intrinsic and extrinsic factor during the invasive process of oral squamous cell carcinoma. METHODS: We performed immunostaining in OSCC samples for the following proteins: myosin II (isoforms A, B and C), matrix metalloproteinase (1, 2, 9 and 14) e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and fibronectin. We also performed migration assays with OSCC cell line in the following conditions 1 – 2D matrix with fibronectin or laminin or matrigel; 2 – 3D matrix with collagen in the presence or not of fibronectin or laminin; 3 – 3D matrix with different collagen concentration (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) with fibronectin in the presence or not of the MMP inhibitor. In order to analyze cell adhesion, it was performed Total Internal Reflectance Fluorescence and Confocal microscopy, in 2D and 3D matrix. To analyze cell contractility, cells were plated in agarose gel in order to produce spheroids, which were treated with drugs that inhibit or induce cell contractility or cells were previously transfected with Myosin Light Chain phosphomimetics mutants. It was also performed western blotting to: e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and myosin II isoforms, as well as it was analyze the levels in RhoGTPase family, which are involved in cell migration control. RESULTS: The expression to MMPs and myosin II isoforms were higher at invasion zone of the tumor, and the OSCC presented higher expression of proteins associated to adhesion to ECM. Cell migration was affected by the EMC composition and density and by MMP activity. Also, the modulation of cell-matrix adhesion proteins altered migration speed, cell directionality as well as influenced the switch between collective and single cell migration. The increase in cell contractility resulted in cell dispersion while the decrease in cell contractility resulted in a better cell-cell adhesion. CONCLUSIONS: The behavior of cell tumor can be modulate by extrinsic factors, for example, the change in tumor microenvironment, by the change in the EMC substrate or density and by intrinsic factors such as the alteration in myosin levels.

INTRODUÇÃO: O carcinoma espinocelular de origem bucal (CEC) apresenta uma alta taxa de mortalidade devido à invasividade das células tumorais. A migração celular, principal evento da invasão e metástase, pode ser regulada tanto por fatores intrínsecos, como adesão e contratilidade celular, quanto extrínsecos, como composição, densidade e remodelagem da matriz extracelular (MEC). OBJETIVO: Avaliar o papel de elementos intrínsecos e extrínsecos sobre o processo invasivo do carcinoma espinocelular de origem bucal. MÉTODOS: Foi realizada imuno-histoquímica para as proteínas: Miosina II (isoformas A, B e C), metaloproteinases de matriz (1, 2, 9 e 14); imunofluorescência as proteínas: e-caderina, n-caderina, FAK, paxilina, vinculina e fibronectina em amostras de CEC oral. Foi realizado ensaio de migração nas seguintes condições: 1 – matriz 2D com o substrato de fibronectina, ou laminina ou matrigel; 2 – matriz 3D com colágeno na presença ou não de fibronectina ou laminina; 3 – matriz 3D com diferentes concentrações de colágeno (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) + fibronectina na presença ou não de um inibidor de MMP. Foi realizado análise de adesão celular utilizando-se o microscópio TIRF e o microscópio confocal, tanto em matrizes 2D quanto 3D. Foram realizados esferoides celulares para avaliar a contratilidade celular, através do plaqueamento das células em gel de agarose e a utilização de drogas que inibem ou que induzem a contratilidade, bem como a partir de células transfectadas com versões fosfomiméticas para a cadeia leve de miosina. Foi realizado ainda western blotting para proteínas: e-caderina, FAK, vinculina, paxilina, N-caderina, integrinas e as isoformas de miosina II, bem como foi avaliado os níveis de ativação das proteínas da família RhoGTPase, as quais estão envolvidas no controle da migração celular. RESULTADOS: A expressão das MMPs analisadas e das isoformas de miosinas foi maior nas zonas de invasão tumoral, sendo que o CEC oral também apresenta uma maior expressão de proteínas associadas à adesão com a MEC. A migração celular foi afetada pela densidade e a composição da MEC, bem como pela atividade das MMPs. Adicionalmente, a modulação das proteínas de adesão célula-matriz altera a velocidade de migração, a direcionalidade dessa migração e também a forma de migração, mudando de uma migração coletiva para uma migração individual. O aumento na contratilidade células resulta numa dispersão celular enquanto que a diminuição da contratilidade resulta numa melhor adesão célula – célula. CONCLUSÕES: O comportamento das células tumorais pode ser modulado através de fatores extrínsecos como, por exemplo, a alteração no microambiente tumoral, seja ela por mudança no substrato ou na densidade da matriz, e também dos fatores intrínsecos como a alteração nos níveis de miosina. / INTRODUCTION: Oral squamous cell carcinoma (OSCC) presents high mortality index due to the invasive phenotype of tumor cells. Cell migration is the main event in cell invasion and metastasis and it can be regulated by intrinsic factor, such as adhesion and cell contractility, and extrinsic factors, such as density and extracellular matrix (EMC) remodeling. OBJECTIVE: Analyze the role of intrinsic and extrinsic factor during the invasive process of oral squamous cell carcinoma. METHODS: We performed immunostaining in OSCC samples for the following proteins: myosin II (isoforms A, B and C), matrix metalloproteinase (1, 2, 9 and 14) e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and fibronectin. We also performed migration assays with OSCC cell line in the following conditions 1 – 2D matrix with fibronectin or laminin or matrigel; 2 – 3D matrix with collagen in the presence or not of fibronectin or laminin; 3 – 3D matrix with different collagen concentration (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) with fibronectin in the presence or not of the MMP inhibitor. In order to analyze cell adhesion, it was performed Total Internal Reflectance Fluorescence and Confocal microscopy, in 2D and 3D matrix. To analyze cell contractility, cells were plated in agarose gel in order to produce spheroids, which were treated with drugs that inhibit or induce cell contractility or cells were previously transfected with Myosin Light Chain phosphomimetics mutants. It was also performed western blotting to: e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and myosin II isoforms, as well as it was analyze the levels in RhoGTPase family, which are involved in cell migration control. RESULTS: The expression to MMPs and myosin II isoforms were higher at invasion zone of the tumor, and the OSCC presented higher expression of proteins associated to adhesion to ECM. Cell migration was affected by the EMC composition and density and by MMP activity. Also, the modulation of cell-matrix adhesion proteins altered migration speed, cell directionality as well as influenced the switch between collective and single cell migration. The increase in cell contractility resulted in cell dispersion while the decrease in cell contractility resulted in a better cell-cell adhesion. CONCLUSIONS: The behavior of cell tumor can be modulate by extrinsic factors, for example, the change in tumor microenvironment, by the change in the EMC substrate or density and by intrinsic factors such as the alteration in myosin levels.

INTRODUÇÃO: O carcinoma espinocelular de origem bucal (CEC) apresenta uma alta taxa de mortalidade devido à invasividade das células tumorais. A migração celular, principal evento da invasão e metástase, pode ser regulada tanto por fatores intrínsecos, como adesão e contratilidade celular, quanto extrínsecos, como composição, densidade e remodelagem da matriz extracelular (MEC). OBJETIVO: Avaliar o papel de elementos intrínsecos e extrínsecos sobre o processo invasivo do carcinoma espinocelular de origem bucal. MÉTODOS: Foi realizada imuno-histoquímica para as proteínas: Miosina II (isoformas A, B e C), metaloproteinases de matriz (1, 2, 9 e 14); imunofluorescência as proteínas: e-caderina, n-caderina, FAK, paxilina, vinculina e fibronectina em amostras de CEC oral. Foi realizado ensaio de migração nas seguintes condições: 1 – matriz 2D com o substrato de fibronectina, ou laminina ou matrigel; 2 – matriz 3D com colágeno na presença ou não de fibronectina ou laminina; 3 – matriz 3D com diferentes concentrações de colágeno (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) + fibronectina na presença ou não de um inibidor de MMP. Foi realizado análise de adesão celular utilizando-se o microscópio TIRF e o microscópio confocal, tanto em matrizes 2D quanto 3D. Foram realizados esferoides celulares para avaliar a contratilidade celular, através do plaqueamento das células em gel de agarose e a utilização de drogas que inibem ou que induzem a contratilidade, bem como a partir de células transfectadas com versões fosfomiméticas para a cadeia leve de miosina. Foi realizado ainda western blotting para proteínas: e-caderina, FAK, vinculina, paxilina, N-caderina, integrinas e as isoformas de miosina II, bem como foi avaliado os níveis de ativação das proteínas da família RhoGTPase, as quais estão envolvidas no controle da migração celular. RESULTADOS: A expressão das MMPs analisadas e das isoformas de miosinas foi maior nas zonas de invasão tumoral, sendo que o CEC oral também apresenta uma maior expressão de proteínas associadas à adesão com a MEC. A migração celular foi afetada pela densidade e a composição da MEC, bem como pela atividade das MMPs. Adicionalmente, a modulação das proteínas de adesão célula-matriz altera a velocidade de migração, a direcionalidade dessa migração e também a forma de migração, mudando de uma migração coletiva para uma migração individual. O aumento na contratilidade células resulta numa dispersão celular enquanto que a diminuição da contratilidade resulta numa melhor adesão célula – célula. CONCLUSÕES: O comportamento das células tumorais pode ser modulado através de fatores extrínsecos como, por exemplo, a alteração no microambiente tumoral, seja ela por mudança no substrato ou na densidade da matriz, e também dos fatores intrínsecos como a alteração nos níveis de miosina. / INTRODUCTION: Oral squamous cell carcinoma (OSCC) presents high mortality index due to the invasive phenotype of tumor cells. Cell migration is the main event in cell invasion and metastasis and it can be regulated by intrinsic factor, such as adhesion and cell contractility, and extrinsic factors, such as density and extracellular matrix (EMC) remodeling. OBJECTIVE: Analyze the role of intrinsic and extrinsic factor during the invasive process of oral squamous cell carcinoma. METHODS: We performed immunostaining in OSCC samples for the following proteins: myosin II (isoforms A, B and C), matrix metalloproteinase (1, 2, 9 and 14) e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and fibronectin. We also performed migration assays with OSCC cell line in the following conditions 1 – 2D matrix with fibronectin or laminin or matrigel; 2 – 3D matrix with collagen in the presence or not of fibronectin or laminin; 3 – 3D matrix with different collagen concentration (0,6; 1,2 e 1,8 mg/ml) with fibronectin in the presence or not of the MMP inhibitor. In order to analyze cell adhesion, it was performed Total Internal Reflectance Fluorescence and Confocal microscopy, in 2D and 3D matrix. To analyze cell contractility, cells were plated in agarose gel in order to produce spheroids, which were treated with drugs that inhibit or induce cell contractility or cells were previously transfected with Myosin Light Chain phosphomimetics mutants. It was also performed western blotting to: e-cadherin, n-cadherin, FAK, paxillin, vinculin and myosin II isoforms, as well as it was analyze the levels in RhoGTPase family, which are involved in cell migration control. RESULTS: The expression to MMPs and myosin II isoforms were higher at invasion zone of the tumor, and the OSCC presented higher expression of proteins associated to adhesion to ECM. Cell migration was affected by the EMC composition and density and by MMP activity. Also, the modulation of cell-matrix adhesion proteins altered migration speed, cell directionality as well as influenced the switch between collective and single cell migration. The increase in cell contractility resulted in cell dispersion while the decrease in cell contractility resulted in a better cell-cell adhesion. CONCLUSIONS: The behavior of cell tumor can be modulate by extrinsic factors, for example, the change in tumor microenvironment, by the change in the EMC substrate or density and by intrinsic factors such as the alteration in myosin levels.

Die Anwendung von körperfremden Materialien zur Behandlung verschiedenster Krankheitsbilder, wie zum Beispiel als Zahnersatz oder Knochenstabilisierung, ist seit Jahrtausenden fester Bestandteil in der Medizin. Während damals hauptsächlich stabile Materialien genutzt wurden, die möglichst wenig mit dem menschlichen Körper interagieren, wird heutzutage ein anderer Ansatz verfolgt. Intelligente Materialien können nicht nur passiv die Heilung unterstützen, sondern aktiv zu ihr beitragen. Ein berühmtes Beispiel hierfür ist das Formgedächtnismaterial Nitinol, das in Stents zur Behandlung verengter Arterien eingesetzt wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eisen-Palladium, einem neuen Formgedächtnismaterial, bei dem der Effekt nicht wie bei Nitinol über eine Temperaturänderung sondern durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Da man somit körpertemperaturbedingte Restriktionen in biomedizinischen Anwendungen umgehen kann, birgt Eisen-Palladium ein hohes Potential für Drug-Delivery Systeme oder mikromechanische Pumpen. Da eine optimale Verträglichkeit des Materials mit seiner biologischen Umgebung absolut unabdingbar ist, untersucht diese Arbeit verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu modifizieren und somit die Adhäsion biologischer Zellen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurden das Peptid RGD als spezifische Zelladhäsionssequenz, ein Plasmapolymer auf L-Lysin Basis als unspezifische Beschichtung und die Nanostrukturierung der Eisen-Palladium Oberfläche durch Glanzwinkeldeposition untersucht. Die verwendeten Methoden beinhalten Immunofluoreszenztests zur Quantifizierung der fokalen Kontakte zwischen Zellen und Material, theoretische Dichtefunktionaltheorie Rechnungen, sowie Kontraktilitätsmessungen mittels eines selbst entwickelten Biegebalkenaufbaus. Somit gelingt es in dieser Arbeit, die gegenseitigen Beziehungen des Materials mit der jeweiligen Oberflächenmodifikation mit den lebenden Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren. Durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Funktionalisierungsmethoden beleuchtet und die Bildung fokaler Kontakte für eine verbesserte Zelladhäsion wird maßgeblich verbessert.

Cell contractility is mainly imagined as a force dipole-like interaction based on actin stress fibers that pull on cellular adhesion sites. Here, we present a different type of contractility based on isotropic contractions within the actomyosin cortex. Measuring mechanosensitive cortical contractility of suspended cells among various cell lines allowed us to exclude effects caused by stress fibers. We found that epithelial cells display a higher cortical tension than mesenchymal cells, directly contrasting to stress fiber-mediated contractility. These two types of contractility can even be used to distinguish epithelial from mesenchymal cells. These findings from a single cell level correlate to the rearrangement effects of actomyosin cortices within cells assembled in multicellular aggregates. Epithelial cells form a collective contractile actin cortex surrounding multicellular aggregates and further generate a high surface tension reminiscent of tissue boundaries. Hence, we suggest this intercellular structure as to be crucial for epithelial tissue integrity. In contrast, mesenchymal cells do not form collective actomyosin cortices reducing multicellular cohesion and enabling cell escape from the aggregates.