C. polyakrylamid inbäddad med fluorescerande pärlor
som beskrivs i föregående avsnitt visade sig kiselsubstrat vara värdefulla för att mäta krafterna som utövas av snabbrörliga keratocyter. Men samma substrat är mycket mindre användbara för att studera de flesta däggdjursceller. För att drag ska beräknas exakt måste substratet ställas in för att matcha motilitet och kraftgenerering av en given celltyp. Det är svårt att exakt producera ett kiselsubstrat med önskad överensstämmelse för långsammare rörliga celler som kan utöva högre krafter. För att övervinna denna begränsning använde Dembo och Wang (1999) ett substrat av polyakrylamid inbäddat med submikrometerstora fluorescerande pärlor. Överensstämmelsen av polyakrylamidsubstrata kan ställas in kemiskt genom att variera monomer-och tvärbindningskoncentrationerna (Pelham och Wang, 1997). Polyakrylamid erbjuder flera ytterligare fördelar jämfört med kiselsubstrat. Över ett brett spektrum av deformationer uppvisar det linjärt elastiskt beteende. Också, polyakrylamid är inte typiskt mottaglig för cellbindning på egen hand, utan konjugering av specifika celladhesion ligander (Nelson et al., 2003). Därför är det en perfekt ställning för att studera celladhesion och beteende på ett kontrollerbart, definierat sätt.
beräkningsmetoden genom vilken deformationer i substratet används för att bestämma de dragningar som utövas av cellen är mycket lik de metoder som används på ovannämnda stressade kiselsubstrat. Att använda fluorescerande markörer har dock förbättrat spårningsmetoden och förmågan att beräkna ett exakt belastningsfält.
Dembo och Wang publicerade flera studier med hjälp av den resulterande tekniken, dragkraftsmikroskopi, som belyser mekanismerna för fibroblastmigration. Specifikt har de visat att cellens lamellipodia ger nästan all kraft som krävs för framåtriktad rörelse (Munevar et al., 2001a). Deras resultat indikerar att lamellipodium är en mekanisk enhet som skiljer sig från resten av cellkroppen. Intressant nog verkar samma mekaniska uppdelning inom cellen inte existera i h-ras-transformerade celler, vilket kanske förklarar skillnaden i deras rörliga beteende. Dessutom, Beningo et al. (2001) undersökte rollen av fokala vidhäftningar vid reglering av draggenerering och fann att storleken på fokala vidhäftningar är omvänt relaterad till mängden kraft som genereras. Dessutom motsvarar fördelningen av vidhäftningar inte bra med fördelningen av dragkrafter. Författarna drar slutsatsen att dessa resultat kan indikera att tidiga fokalkomplex är ansvariga för starka framdrivande krafter, och mognad av dessa vidhäftningsställen resulterar i en förändring till passiva förankringsställen — en slutsats som har diskuterats allmänt i litteraturen. Dessutom undersökte Dembo och medarbetare de dynamiska rollerna som vidhäftningar fram och bak (Munevar et al., 2001b), myosin IIb (Lo et al., 2004), fokal vidhäftningskinas (Wang et al., 2001) och sträckaktiverade Ca2+-kanaler spelar i fibroblastmigration (Munevar et al., 2004). Med hjälp av dragkraft mikroskopi, Dembo och medarbetare har gjort betydande framsteg i att förstå rollen av kraftgenerering i fibroblast migration.
en av de viktigaste tekniska framstegen med polyakrylamidgel är förmågan att på ett tillförlitligt sätt kontrollera det cellulära substratets överensstämmelse utan att ändra ECM-densiteten. Att ställa in substratets överensstämmelse var en kritisk vändpunkt i utvecklingen av dragkraftsmikroskopi, eftersom det möjliggjorde undersökning av nästan vilken celltyp som helst och en förståelse för cellbeteende som en funktion av den mekaniska miljön. Före studien av Pelham och Wang (1997) fokuserade de flesta studier som undersökte cellmigration och vidhäftning på cellmigration som svar på dess lösliga kemiska miljö (kemotaxi) eller som svar på liganden konjugerad till substratet (haptotaxi). Dessutom fokuserade studier som involverade cellens mekaniska miljö på svaret på grund av pålagda krafter såsom vätskeskjuvspänning och mekanisk sträckning. Men genom att ändra substratets styvhet skapade Pelham och Wang (1997) ett signifikant skifte i hur forskare närmar sig cellulärt svar och mekanotransduktion. Med användning av polyakrylamidsubstrata höll Pelham och Wang ECM-densiteten på substratet konstant medan de förändrade den mekaniska överensstämmelsen. De visade att fibroblaster kan aktivt reagera på deras substrats mekaniska överensstämmelse. Celler på styvare geler sprids mer och migrerar långsammare än celler på mer kompatibla geler. Dessutom återspeglas cellernas förmåga att känna av den mekaniska överensstämmelsen hos deras substrat i deras förmåga att förändra fosforyleringstillståndet hos många proteiner som ingår i fokal vidhäftningsstrukturen. Fokala vidhäftningar på styva substrat är större, mer långsträckta och stabila, medan fokala vidhäftningar på mer kompatibla substrat innehåller mindre fosforylerad pp125FAK och paxillin och verkar mycket mer oregelbundet. Dessa resultat var de första som tyder på att mekaniska ECM-signaler kan vara lika viktiga som kemiska signaler vid reglering av celladhesion.
sedan den seminala artikeln i Pelham och Wang (1997) har ett antal studier undersökt effekterna av överensstämmelse på cellbeteende. Lo et al. (2000) använde polyakrylamidkemi för att skapa ett substrat som innehåller ett steg i styvhet — en central region i substratet där två substrat med olika överensstämmelser möts. De visade ett beteende som kallades durotaxis, genom vilket cellerna aktivt kunde upptäcka och svara på förändringar i substratets överensstämmelse. Celler som migrerade på det mjuka substratet, när de träffade gränsen för den styva mjuka övergången, skulle korsa på det styva substratet, medan celler på styva substrat uppvisade högre dragningar och mer spridningsområde och antingen indragna eller ändrade riktningar som svar på den styva mjuka gränsen. Senare, Wong et al. (2003) undersökte förmågan hos fibroblaster att migrera på polyakrylamid hydrogeler innehållande gradienter av överensstämmelse, snarare än ett steg, som gjordes av Lo och medarbetare. De fann att vaskulära glatta muskelceller tenderar att migrera snabbare på mjukare substrat än på styvare substrat (15 kPa vs 25 kPa), och att celler tenderar att ackumuleras på styvare substrat. Dessutom verkade migrationsmönstret på gradientkompatibla geler riktas mot de styvare gelregionerna snarare än att uppvisa det typiska slumpmässiga gångmönstret som är karakteristiskt för cellmigration. Engler et al. (2004) undersökte vidare cellrespons på kompatibla geler och visade att svaret till stor del medieras av sammansättningen av aktincytoskelettet. Genom att testa för förändringar i cytoskelettet kunde Engler och medarbetare visa att lätt överuttryck av aktin i cellen kan kompensera för förlusten av spridning som ses i mjuka gelsvar. Dessutom, Yeung et al. (2005) visade att känslighetströskeln för överensstämmelseavkänning är celltypspecifik och att cellcellkontakter också kan hjälpa till att rädda morfologiska förändringar som ses i de mjuka substraten för att mer likna cellens morfologi på styvare substrat (Yeung et al., 2005). Sammantaget är studien av durotaxis fortfarande relativt ung, och mycket återstår att lära sig om hur en cell mekaniskt känner av och svarar på materialegenskaperna hos dess substrat och miljö.
