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Enregistrement W4412172532 · doi:10.1101/2025.07.04.663196

A new approach for high-content traction force microscopy to characterize large cell ensembles

2025· preprint· en· W4412172532 sur OpenAlexaff
Nicolas Desjardins‐Lecavalier, Santiago Costantino

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCellular Mechanics and Interactions
Établissements canadiensUniversité de MontréalHôpital Maisonneuve-RosemontMontreal Heart Institute
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésTractive forceTraction (geology)MicroscopyScanning Force MicroscopyContent (measure theory)Materials scienceNanotechnologyComputer scienceAtomic force microscopyPhysicsMechanical engineeringEngineeringOpticsMathematicsMathematical analysis

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

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.

Tête enseignante Opus0,019
Tête enseignante GPT0,236
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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