C. polyacrylamid indlejret med fluorescerende perler
som beskrevet i det foregående afsnit viste siliciumsubstrater sig værdifulde til måling af de kræfter, der udøves af hurtigt bevægende keratocytter. Imidlertid er disse samme substrater meget mindre nyttige til at studere de fleste pattedyrceller. For at trækkraft skal beregnes nøjagtigt, skal substratet indstilles til at matche motiliteten og kraftgenereringen af en given celletype. Det er vanskeligt nøjagtigt at fremstille et siliciumsubstrat med ønsket overensstemmelse for langsommere celler, der er i stand til at udøve højere kræfter. For at overvinde denne begrænsning brugte Dembo og Vang (1999) et substrat af polyacrylamid indlejret med fluorescerende perler i submikrometerstørrelse. Polyacrylamidsubstrats overensstemmelse kan indstilles kemisk ved at variere monomer-og tværbindingskoncentrationerne (Pelham and Vang, 1997). Polyacrylamid tilbyder flere yderligere fordele i forhold til siliciumsubstrat. Over en lang række deformationer udviser den lineært elastisk opførsel. Polyacrylamid er heller ikke typisk egnet til cellebinding alene uden konjugering af specifikke celleadhæsionsligander (Nelson et al., 2003). Derfor er det et perfekt stillads til at studere celleadhæsion og adfærd på en kontrollerbar, defineret måde.
beregningsmetoden, hvormed deformationer i substratet anvendes til at bestemme de trækkraft, der udøves af cellen, ligner meget de metoder, der anvendes på det førnævnte stressede siliciumsubstrat. Imidlertid har brug af fluorescerende markører i høj grad forbedret sporingsmetoden og evnen til at beregne et nøjagtigt belastningsfelt.
Dembo og Vang offentliggjorde flere undersøgelser ved hjælp af den resulterende teknik, trækkraftmikroskopi, som belyser mekanismerne for fibroblastmigration. Specifikt har de vist, at cellens lamellipedia tilvejebringer næsten al den kraft, der kræves til fremadgående bevægelse (Munevar et al., 2001a). Deres resultater indikerer, at lamellipodium er en mekanisk enhed, der adskiller sig fra resten af cellelegemet. Interessant nok synes den samme mekaniske opdeling i cellen ikke at eksistere i h-ras-transformerede celler, hvilket måske forklarer forskellen i deres bevægelige opførsel. Derudover, Beningo et al. (2001) undersøgte fokaladhæsionernes rolle i reguleringen af trækkraftgenerering og fandt ud af, at størrelsen af fokaladhæsioner er omvendt relateret til mængden af genereret kraft. Desuden svarer fordelingen af adhæsioner ikke godt til fordelingen af trækkræfter. Forfatterne konkluderer, at disse resultater kan indikere, at tidlige fokalkomplekser er ansvarlige for stærke fremdrivende kræfter, og modning af disse vedhæftningssteder resulterer i en ændring til passive forankringssteder — en konklusion, der er blevet diskuteret bredt i litteraturen. Derudover undersøgte Dembo og kolleger de dynamiske roller, som front-versus-rear adhæsioner (Munevar et al., 2001b), myosin IIb (Lo et al., 2004), fokal vedhæftningskinase (Vang et al., 2001), og strækaktiverede Ca2+ kanaler spiller i fibroblast migration (Munevar et al., 2004). Brug af trækkraftmikroskopi, Dembo og kolleger har gjort betydelige fremskridt med at forstå rollen som kraftgenerering i fibroblastmigration.
en af de mest betydningsfulde tekniske fremskridt ved anvendelse af polyacrylamidgel er evnen til pålideligt at kontrollere overholdelsen af det cellulære substrat uden at ændre ECM-densiteten. Tuning af substratets overensstemmelse var et kritisk vendepunkt i udviklingen af trækkraftmikroskopi, da det tillod undersøgelse af næsten enhver celletype og en forståelse af celleadfærd som en funktion af det mekaniske miljø. Før undersøgelsen af Pelham (1997) fokuserede de fleste undersøgelser, der undersøgte cellemigration og vedhæftning, på cellemigration som reaktion på dets opløselige kemiske miljø (kemotakse) eller som reaktion på liganden konjugeret til substratet (haptotakse). Derudover fokuserede undersøgelser, der involverede cellens mekaniske miljø, på responsen på grund af pålagte kræfter såsom væskeforskydningsspænding og mekanisk strækning. Ved at ændre stivheden af substratet skabte Pelham og Vang (1997) imidlertid et betydeligt skift i den måde, forskere nærmer sig cellulær respons og mekanotransduktion. Ved hjælp af polyacrylamidsubstrater holdt Pelham og Vang ECM-tætheden på underlaget konstant, mens den mekaniske overholdelse ændrede sig. De viste, at fibroblaster er i stand til aktivt at reagere på den mekaniske overensstemmelse af deres substrat. Celler på stivere geler spredes mere og migrerer langsommere end celler på mere kompatible geler. Desuden afspejles cellernes evne til at mærke den mekaniske overensstemmelse af deres substrat i deres evne til at ændre phosphoryleringstilstanden af talrige proteiner indeholdt i fokaladhæsionsstrukturen. Fokale adhæsioner på stive substrater er større, mere langstrakte og mere stabile, mens fokale adhæsioner på mere kompatible substrater indeholder mindre phosphoryleret pp125FAK og forekommer meget mere uregelmæssigt. Disse resultater var de første til at antyde, at mekaniske ECM-signaler kan være lige så vigtige som kemiske signaler til regulering af celleadhæsion.
siden den sædvanlige artikel af Pelham og Vang (1997) har en række undersøgelser undersøgt virkningerne af overholdelse på celleadfærd. Lo et al. (2000) brugte polyacrylamidkemi til at skabe et substrat indeholdende et trin i stivhed — et centralt område af substratet, hvor to substrater med forskellige overholdelser mødes. De viste en adfærd kaldet durotaksis, hvorved cellerne var i stand til aktivt at opdage og reagere på ændringer i substratets overensstemmelse. Celler, der migrerede på det bløde substrat, når de ramte grænsen for den stiv–bløde overgang, ville krydse på det stive substrat, hvorimod celler på stive underlag udviste højere trækkraft og mere spredt område og enten trak sig tilbage eller ændrede retninger som reaktion på den stiv–bløde grænse. Senere, Yong et al. (2003) undersøgte fibroblasternes evne til at migrere på polyacrylamidhydrogeler indeholdende gradienter af overholdelse snarere end et trin, som det blev gjort af Lo og kolleger. De fandt ud af, at vaskulære glatte muskelceller har tendens til at migrere hurtigere på blødere underlag end på stivere underlag (15 kPa vs 25 kPa), og at celler har tendens til at akkumulere på stivere underlag. Desuden syntes migrationsmønsteret på gradient-kompatible geler at være rettet mod de stivere gelområder snarere end at udvise det typiske tilfældige gangmønster, der er karakteristisk for cellemigration. Engler et al. (2004) undersøgte yderligere cellerespons på kompatible geler og viste, at responsen i vid udstrækning medieres af samlingen af actincytoskelettet. Ved at teste for ændringer i cytoskelettet var Engler og kolleger i stand til at vise, at let overekspression af actin i cellen kan kompensere for tabet af spredning set i bløde gelresponser. Derudover, Yeung et al. (2005) viste, at følsomhedstærsklen for overholdelsesføling er celletypespecifik, og at cellecellekontakter også kan hjælpe med at redde morfologiændringerne, der ses i de bløde substrater, for mere at ligne cellernes morfologi på stivere substrater (Yeung et al., 2005). Samlet set er undersøgelsen af durotaks stadig relativt ung, og der er stadig meget at lære om, hvordan en celle mekanisk registrerer og reagerer på materialegenskaberne i dens substrat og miljø.
