The mechanical properties of cells influence their cellular and subcellular functions, including cell adhesion, migration, polarization, and differentiation, as well as organelle organization and trafficking inside the cytoplasm. Yet reported values of cell stiffness and viscosity vary substantially, which suggests differences in how the results of different methods are obtained or analyzed by different groups. To address this issue and illustrate the complementarity of certain approaches, here we present, analyze, and critically compare measurements obtained by means of some of the most widely used methods for cell mechanics: atomic force microscopy, magnetic twisting cytometry, particle-tracking microrheology, parallel-plate rheometry, cell monolayer rheology, and optical stretching. These measurements highlight how elastic and viscous moduli of MCF-7 breast cancer cells can vary 1,000-fold and 100-fold, respectively. We discuss the sources of these variations, including the level of applied mechanical stress, the rate of deformation, the geometry of the probe, the location probed in the cell, and the extracellular microenvironment. This Analysis compares and contrasts methods for measuring the mechanical properties of cells by applying the different approaches to the same breast cancer cell line.

The development of advanced biomaterials is a crucial step to enhance the efficacy of tissue engineering strategies for treatment of myocardial infarction. Specific characteristics of biomaterials including electrical conductivity, mechanical robustness and structural integrity need to be further enhanced to promote the functionalities of cardiac cells. In this work, we fabricated UV-crosslinkable gold nanorod (GNR)-incorporated gelatin methacrylate (GelMA) hybrid hydrogels with enhanced material and biological properties for cardiac tissue engineering. Embedded GNRs promoted electrical conductivity and mechanical stiffness of the hydrogel matrix. Cardiomyocytes seeded on GelMA-GNR hybrid hydrogels exhibited excellent cell retention, viability, and metabolic activity. The increased cell adhesion resulted in abundance of locally organized F-actin fibers, leading to the formation of an integrated tissue layer on the GNR-embedded hydrogels. Immunostained images of integrin β-1 confirmed improved cell-matrix interaction on the hybrid hydrogels. Notably, homogeneous distribution of cardiac specific markers (sarcomeric α-actinin and connexin 43), were observed on GelMA-GNR hydrogels as a function of GNRs concentration. Furthermore, the GelMA-GNR hybrids supported synchronous tissue-level beating of cardiomyocytes. Similar observations were also noted by, calcium transient assay that demonstrated the rhythmic contraction of the cardiomyocytes on GelMA-GNR hydrogels as compared to pure GelMA. Thus, the findings of this study clearly demonstrated that functional cardiac patches with superior electrical and mechanical properties can be developed using nanoengineered GelMA-GNR hybrid hydrogels. In this work, we developed gold nanorod (GNR) incorporated gelatin-based hydrogels with suitable electrical conductivity and mechanical stiffness for engineering functional cardiac tissue constructs (e.g. cardiac patches). The synthesized conductive hybrid hydrogels properly accommodated cardiac cells and subsequently resulted in excellent cell retention, spreading, homogeneous distribution of cardiac specific markers, cell-cell coupling as well as robust synchronized (tissue-level) beating behavior.

ABSTRACT Implantation of biomaterials and medical devices in the body triggers the foreign body reaction (FBR) which is characterized by macrophage fusion at the implant surface leading to the formation of foreign body giant cells and the development of the fibrous capsule enveloping the implant. While adhesion of macrophages to the surface is an essential step in macrophage fusion and implanted biomaterials are known to rapidly acquire a layer of host proteins, a biological substrate that is responsible for this process in vivo is unknown. Here we show that mice with genetically-imposed fibrinogen deficiency display a dramatic reduction of macrophage fusion on implanted biomaterials and are protected from the formation of fibrin-containing granulation tissue, a precursor of the fibrous capsule. Furthermore, macrophage fusion on biomaterials implanted in Fib AEK mice that express a mutated form of fibrinogen incapable of thrombin-mediated polymerization was strongly reduced. Surprisingly, despite the lack of fibrin, the capsule was formed in Fib AEK mice, although it had a different composition and distinct mechanical properties than that in wild-type mice. Specifically, while mononuclear α-SMA-expressing macrophages embedded in the capsule of both strains of mice secreted collagen, the amount of collagen and its density in the tissue of Fib AEK mice was reduced. These data identify fibrin polymer as a key biological substrate driving the development of the FBR.