Probing cellular traction forces by micropillar arrays: Contribution of substrate warping to pillar deflection

Nano Letters

Volumn 10, Issue 5, 2010, Pages 1823-1830

  Schoen, Ingmar ^a   Hu, Wei ^a   Klotzsch, Enrico ^a   Vogel, Viola ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

Cell motility; Mechanotransduction; Rigidity sensing; Traction force

Indexed keywords

APPLIED FORCES; CELL MOTILITY; CELL SPREADING; CELLULAR FORCE; CELLULAR TRACTION; CORRECTION FACTORS; ELASTIC SUBSTRATE; MECHANOTRANSDUCTION; MICRO PILLARS; PILLAR ARRAYS; TRACTION FORCES;

ASPECT RATIO; CELLULAR ARRAYS; PLANTS (BOTANY); RIGIDITY; SUBSTRATES; WEAVING;

TRACTION (FRICTION);

NANOMATERIAL;

ARTICLE; CELL ADHESION; CELL LINE; CELL MOTION; CHEMISTRY; CYTOLOGY; EQUIPMENT; EQUIPMENT DESIGN; FIBROBLAST; HUMAN; INSTRUMENTATION; MATERIALS TESTING; MECHANICAL STRESS; MECHANOTRANSDUCTION; MICROARRAY ANALYSIS; NANOTECHNOLOGY; PHYSIOLOGY; SURFACE PROPERTY; TRANSDUCER; ULTRASTRUCTURE; YOUNG MODULUS;

CELL ADHESION; CELL LINE; CELL MOVEMENT; ELASTIC MODULUS; EQUIPMENT DESIGN; EQUIPMENT FAILURE ANALYSIS; FIBROBLASTS; HUMANS; MATERIALS TESTING; MECHANOTRANSDUCTION, CELLULAR; MICROARRAY ANALYSIS; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; STRESS, MECHANICAL; SURFACE PROPERTIES; TRANSDUCERS;

EID: 77952340058     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl100533c     Document Type: Article

References (60)

1. Chen, C. S. J. Cell Sci. 2008, 121 (20) 3285-3292
2. Clark, K.; Langeslag, M.; Figdor, C. G.; van Leeuwen, F. N. Trends Cell Biol. 2007, 17 (4) 178-186
3. Evans, E. A.; Calderwood, D. A. Science 2007, 316 (5828) 1148-53
4. Geiger, B.; Spatz, J. P.; Bershadsky, A. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10 (1) 21-33
5. Discher, D. E.; Mooney, D. J.; Zandstra, P. W. Science 2009, 324 (5935) 1673-7
6. Vogel, V.; Sheetz, M. P. Curr. Opin. Cell Biol. 2009, 21 (1) 38-46
7. Chen, C. S.; Mrksich, M.; Huang, S.; Whitesides, G. M.; Ingber, D. E. Science 1997, 276 (5317) 1425-1428
8. Katz, B. Z.; Zamir, E.; Bershadsky, A.; Kam, Z.; Yamada, K. M.; Geiger, B. Mol. Biol. Cell 2000, 11 (3) 1047-1060
9. Ochsner, M.; Dusseiller, M. R.; Grandin, H. M.; Luna-Morris, S.; Textor, M.; Vogel, V.; Smith, M. L. Lab Chip 2007, 7 (8) 1074-1077
10. Thery, M.; Jimenez-Dalmaroni, A.; Racine, V.; Bornens, M.; Julicher, F. Nature 2007, 447 (7143) 493-U6
11. Discher, D. E.; Janmey, P.; Wang, Y. L. Science 2005, 310 (5751) 1139-1143
12. Winer, J. P.; Oake, S.; Janmey, P. A. PLoS One 2009, 4, (7).
13. Engler, A. J.; Sen, S.; Sweeney, H. L.; Discher, D. E. Cell 2006, 126 (4) 677-689
14. Saez, A.; Ghibaudo, M.; Buguin, A.; Silberzan, P.; Ladoux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104 (20) 8281-8286
15. Kostic, A.; Sap, J.; Sheetz, M. P. J. Cell Sci. 2007, 120 (21) 3895-3904
16. Vogel, V. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2006, 35, 459-488
17. Bischofs, I. B.; Klein, F.; Lehnert, D.; Bastmeyer, M.; Schwarz, U. S. Biophys. J. 2008, 95 (7) 3488-3496
18. Levental, K. R.; Yu, H.; Kass, L.; Lakins, J. N.; Egeblad, M.; Erler, J. T.; Fong, S. F.; Csiszar, K.; Giaccia, A.; Weninger, W.; Yamauchi, M.; Gasser, D. L.; Weaver, V. M. Cell 2009, 139 (5) 891-906
19. Balaban, N. Q.; Schwarz, U. S.; Riveline, D.; Goichberg, P.; Tzur, G.; Sabanay, I.; Mahalu, D.; Safran, S.; Bershadsky, A.; Addadi, L.; Geiger, B. Nat. Cell Biol. 2001, 3 (5) 466-472
20. Galbraith, C. G.; Yamada, K. M.; Sheetz, M. P. J. Cell Biol. 2002, 159 (4) 695-705
21. Cai, Y.; Rossier, O.; Gauthier, N. C.; Biais, N.; Fardin, M. A.; Zhang, X.; Miller, L. W.; Ladoux, B.; Cornish, V. W.; Sheetz, M. P. J. Cell Sci. 2010, 123, 413-423
22. Cai, Y.; Biais, N.; Giannone, G.; Tanase, M.; Ladoux, B.; Hofman, J.; Wiggins, C. H.; Sheetz, M. P. Biophys. J. 2006, 91 (10) 3907-3920
23. Zaidel-Bar, R.; Itzkovitz, S.; Maayan, A.; Iyengar, R.; Geiger, B. Nat. Cell Biol. 2007, 9 (8) 858-868
24. Legate, K. R.; Fassler, R. J. Cell Sci. 2009, 122 (2) 187-198
25. Gumpp, H.; Puchner, E. M.; Zimmermann, J. L.; Gerland, U.; Gaub, H. E.; Blank, K. Nano Lett. 2009, 9 (9) 3290-3295
26. Sawada, Y.; Tamada, M.; Dubin-Thaler, B. J.; Cherniavskaya, O.; Sakai, R.; Tanaka, S.; Sheetz, M. P. Cell 2006, 127 (5) 1015-1026
27. del Rio, A.; Perez-Jimenez, R.; Liu, R. C.; Roca-Cusachs, P.; Fernandez, J. M.; Sheetz, M. P. Science 2009, 323 (5914) 638-641
28. Wang, J. H.-C.; Lin, J. S. Biomech. Model. Mechanobiol. 2007, 6 (6) 361-371
29. Addae-Mensah, K. A.; Wikswo, J. P. Exp. Biol. Med. 2008, 233 (7) 792-809
30. Prass, M.; Jacobson, K.; Mogilner, A.; Radmacher, M. J. Cell Biol. 2006, 174 (6) 767-772
31. Brunner, C. A.; Ehrlicher, A.; Kohlstrunk, B.; Knebel, D.; Kas, J. A.; Goegler, M. Eur. Biophys. J. Biophys. Lett. 2006, 35 (8) 713-719
32. Galbraith, C. G.; Sheetz, M. P. J. Cell Biol. 1999, 147 (6) 1313-1323
33. Kress, H.; Stelzer, E. H. K.; Holzer, D.; Buss, F.; Griffiths, G.; Rohrbach, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104 (28) 11633-11638
34. Lo, C. M.; Wang, H. B.; Dembo, M.; Wang, Y. L. Biophys. J. 2000, 79 (1) 144-152
35. Merkel, R.; Kirchgessner, N.; Cesa, C. M.; Hoffmann, B. Biophys. J. 2007, 93 (9) 3314-3323
36. Trepat, X.; Wasserman, M. R.; Angelini, T. E.; Millet, E.; Weitz, D. A.; Butler, J. P.; Fredberg, J. J. Nat. Phys. 2009, 5 (6) 426-430
37. Sabass, B.; Gardel, M. L.; Waterman, C. M.; Schwarz, U. S. Biophys. J. 2008, 94 (1) 207-220
38. Sniadecki, N. J.; Anguelouch, A.; Yang, M. T.; Lamb, C. M.; Liu, Z.; Kirschner, S. B.; Liu, Y.; Reich, D. H.; Chen, C. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104 (37) 14553-14558
39. Cesa, C. M.; Kirchgessner, N.; Mayer, D.; Schwarz, U. S.; Hoffmann, B.; Merkel, R. Rev. Sci. Instrum. 2007, 78 (3 034301
40. Lemmon, C. A.; Chen, C. S.; Romer, L. H. Biophys. J. 2009, 96 (2) 729-738
41. Saez, A.; Buguin, A.; Silberzan, P.; Ladoux, B. Biophys. J. 2005, 89 (6) L52-L54
42. Tan, J. L.; Tien, J.; Pirone, D. M.; Gray, D. S.; Bhadriraju, K.; Chen, C. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100 (4) 1484-1489
43. Ghibaudo, M.; Saez, A.; Trichet, L.; Xayaphoummine, A.; Browaeys, J.; Silberzan, P.; Buguin, A.; Ladoux, B. Soft Matter 2008, 4 (9) 1836-1843
44. Li, Z.; Song, J. H.; Mantini, G.; Lu, M. Y.; Fang, H.; Falconi, C.; Chen, L. J.; Wang, Z. L. Nano Lett. 2009, 9 (10) 3575-3580
45. Mierke, C. T.; Rosel, D.; Fabry, B.; Brabek, J. Eur. J. Cell Biol. 2008, 87 (8-9) 669-676
46. Rabodzey, A.; Alcaide, P.; Luscinskas, F. W.; Ladoux, B. Biophys. J. 2008, 95 (3) 1428-1438
47. Gere, J. M.; Timoshenko, S. P., Mechanics of materials, 4th ed.; PWS Publishing Co.: Boston, 1997.
48. Lemmon, C. A.; Sniadecki, N. J.; Ruiz, S. A.; Tan, J. L.; Romer, L. H.; Chen, C. S. Mech. Chem. Biosystems 2005, 2 (1) 1-16
49. Xiang, Y.; LaVan, D. A. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 133901
50. Yang, M. T.; Sniadecki, N. J.; Chen, C. S. Adv. Mater. 2007, 19 (20) 3119-3123
51. Lin, I. K.; Liao, Y. M.; Liu, Y.; Ou, K. S.; Chen, K. S.; Zhang, X. Appl. Phys. Lett. 2008, 93 (25) 251907
52. Li, B.; Xie, L. K.; Starr, Z. C.; Yang, Z. C.; Lin, J. S.; Wang, J. H. C. Cell Motil. Cytoskeleton 2007, 64 (7) 509-518
53. Kajzar, A.; Cesa, C. M.; Kirchgessner, N.; Hoffmann, B.; Merkel, R. Biophys. J. 2008, 94 (5) 1854-1866
54. Cowper, G. R. J. Appl. Mech. 1966, 33 (2) 335-340
55. Sniadecki, N. J.; Chen, C. S.; YuLi, W.; Dennis, E. D., Microfabricated Silicone Elastomeric Post Arrays for Measuring Traction Forces of Adherent Cells. In Methods in Cell Biology; Elsevier Academic Press: Amsterdam and Boston, 2007; Vol. 83, pp 313× 328.
56. du Roure, O.; Saez, A.; Buguin, A.; Austin, R. H.; Chavrier, P.; Silberzan, P.; Ladoux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102 (7) 2390-2395
57. Paul, R.; Heil, P.; Spatz, J. P.; Schwarz, U. S. Biophys. J. 2008, 94 (4) 1470-1482
58. Dahl, K. N.; Booth-Gauthier, E. A.; Ladoux, B. J. Biomech. 2010, 43 (1) 2-8
59. Wang, N.; Tytell, J. D.; Ingber, D. E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10 (1) 75-82
60. Cross, S. E.; Jin, Y. S.; Rao, J.; Gimzewski, J. K. Nat. Nanotechnol. 2007, 2 (12) 780-783