A new approach for high-content traction force microscopy to characterize large cell ensembles
Notice bibliographique
Résumé
1.1 Abstract Accurate measurements of cellular forces are important for understanding a wide range of biological processes where traction plays a major role. The characterization of mechanical properties is needed to unravel complex phenomena like migration, morphogenesis, mechanotransduction, or shape regulation, but accurate data on large numbers of single cells remain scarce and challenging. The capacity to measure forces in populations of cells and to identify subsets within heterogeneous ensembles would enable to reveal and manipulate their intrinsic complexity. Traction Force Microscopy (TFM) is a technology that can quantify the contractile forces exerted by cells via measuring the displacement of fluorescent beads embedded on the surface of a soft substrate with precisely defined mechanical properties. However, conventional numerical approaches for measuring cellular forces using TFM are labor-intensive and can yield significant artifacts, making them ill-suited for high-throughput analysis. In this work, we propose using the Demons algorithm instead, leading to significant improvements in both computational efficiency and accuracy. Based computer simulations, we show that in some situations this methodology outperforms conventional approaches in terms of speed, it is less sensitive to the blur induced by out-of-focus images and improves the accuracy of force field reconstructions. Additionally, we conducted experiments using cell lines and gels of distinct stiffness to demonstrate that the Demons algorithm is capable of real-time analysis and is effective at clustering cells according to their mechanotype. 1.2 Statement of significance Large cellular ensembles encompass a wide variety of traits that require detailed but high-throughput technologies for characterisation. Granular descriptions of cell populations enable to describe their heterogeneity are essential to understand biological phenomena in the search of effective treatments. Most advances in the field of Traction Force Microscopy (TFM) are oriented towards high resolution force measurements at sub-micron adhesion scale that reveal the intricacies of molecular interactions. Here, we propose a strategy to exploit TFM for characterizing the mechanotypes of large cell ensembles. We benchmark and show the capacities of using the Demons algorithm to measure bead displacement fields, the improvement in force reconstructions obtained, and experimentally demonstrate that single cell analysis of cell dynamics can be used to cluster and describe different cell types.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».