Many diseases are related to changes in cell mechanics. Atomic Force Microscopy (AFM) is one of the most suitable techniques allowing the investigation of both topography and mechanical properties of adherent cells with high spatial resolution under physiological conditions. Over the years the use of this technique in medical and clinical applications has largely increased, resulting in the notion of cell mechanics as a biomarker to discriminate between different physiological and pathological states of cells. Cell mechanics has proven to be a biophysical fingerprint able discerning between cell phenotypes, unraveling processes in aging or diseases, or even detecting and diagnosing cellular pathologies. We will review in this report some of the works on cell mechanics investigated by AFM with clinical and medical relevance in order to clarify the state of research in this field and to highlight the role of cell mechanics in the study of pathologies, focusing on cancer, blood and cardiovascular diseases.

At the request of all authors of the paper, and with the agreement of the Proceedings Editor, an updated version of this article was published on 26 September 2016. The original version supplied to AIP Publishing contained blurred figures introduced during the PDF conversion process. Moreover, Equations (5), (6), and (7) were not correctly cited in the text. These errors have been corrected in the updated and republished article.

1.
D. A.
Fletcher
and
R. D.
Mullins
,
Nature
463
(
7280
),
485
492
(
2010
).
2.
N. O.
Petersen
,
W.B.
McConnaughey
, and
E.L.
Elson
,
PNAS
79
,
5327
5331
(
1982
).
3.
A.
Fuhrmann
,
J.
Staunton
,
V.
Nandakumar
,
N.
Banyai
,
P.
Davies
, and
R.
Ros
,
Phys. Biol.
8
(
1
),
015007
(
2011
).
4.
S.
Suresh
,
J.
Spatz
,
J.
Mills
,
A.
Micoulet
,
M.
Dao
,
C.
Lim
,
M.
Beil
, and
T.
Seufferlein
,
Acta Biomater.
1
(
1
),
15
30
(
2005
).
5.
J.
Williamson
,
R.
Gardner
,
C.
Boylan
,
G.
Carroll
,
K.
Chang
,
J.
Marvel
,
B.
Gonen
,
C.
Kilo
,
R.
Tran-Son-Tay
, and
S.
Sutera
,
Blood
65
(
2
),
283
88
(
1985
).
6.
G.
Nash
,
E.
O’Brien
,
E.
Gordon-Smith
, and
J.
Dormandy
,
Blood
74
(
2
),
855
861
(
1989
).
7.
F. K.
Glenister
,
R. L.
Coppel
,
A. F.
Cowman
,
N.
Mohandas
, and
B. M.
Cooke
,
Blood
99
(
3
),
1060
1063
(
2002
).
8.
G. Y.
Lee
and
C. T.
Lim
,
Trends Biotechnol.
25
(
3
),
111
118
(
2007
).
9.
M.
Lekka
,
K.
Pogoda
,
J.
Gostek
,
O.
Klymenko
,
S.
Prauzner-Bechcicki
,
J.
Wiltowska-Zuber
,
J.
Jaczewska
,
J.
Lekki
, and
Z.
Stachura
,
Micron
43
(
12
),
1259
1266
(
2012
).
10.
M.
Brandao
,
A.
Fontes
,
M.
Barjas-Castro
,
L.
Barbosa
,
F.
Costa
,
C.
Cesar
, and
S.
Saad
,
Eur. J. Haematol.
70
(
4
),
207
211
(
2003
).
11.
F.
Rehfeldt
,
A. J.
Engler
,
A.
Eckhardt
,
F.
Ahmed
, and
D. E.
Discher
,
Adv. Drug Deliver. Rev.
59
(
13
),
1329
1339
(
2007
).
12.
C.
Lim
,
E.
Zhou
,
A.
Li
,
S.
Vedula
, and
H.
Fu
,
Mater. Sci. Eng. C
26
(
8
),
1278
1288
(
2006
).
13.
G.
Binnig
,
C. F.
Quate
, and
C.
Gerber
,
Phys. Rev. Lett.
56
(
9
),
930
933
(
1986
).
14.
R. M.
Hochmuth
,
J. Biomech.
33
(
1
),
15
22
(
2000
).
15.
H.
Zhang
and
K.-K.
Liu
,
J. R. Soc. Interface
5
(
24
),
671
690
(
2008
).
16.
B.
Hosu
,
Jakab
,
K.
,
Bánki
,
P.
,
Tóth
,
F.I.
, and
Forgacs
,
G.
,
PLoS One
,
1
29
(
2002
).
17.
E.
Planus
,
R.
Fodil
,
M.
Balland
, and
D.
Isabey
,
J. Biomech. Eng.
124
(
4
),
408
421
(
2002
).
18.
J.
Guck
,
R.
Ananthakrishnan
,
H.
Mahmood
,
T. J.
Moon
,
C. C.
Cunningham
, and
J. A.
Käs
,
Biophys. J.
81
,
767
784
(
2001
).
19.
O.
Otto
,
P.
Rosendahl
,
A.
Mietke
,
S.
Golfier
,
C.
Herold
,
D.
Klaue
,
S.
Girardo
,
S.
Pagliara
,
A.
Ekpenyong
, and
A.
Jacobi
,
Nat. Methods
12
(
3
),
199
202
(
2015
).
20.
A.
Mietke
,
O.
Otto
,
S.
Girardo
,
P.
Rosendahl
,
A.
Taubenberger
,
S.
Golfier
,
E.
Ulbricht
,
S.
Aland
,
J.
Guck
, and
E.
Fischer-Friedrich
,
Biophys. J.
109
(
10
),
2023
2036
(
2015
).
21.
G.
Meyer
and
N. M.
Amer
,
Appl. Phys. Lett.
57
(
20
),
2089
2091
(
1990
).
22.
B.
Drake
,
C. B.
Prater
,
A. L.
Weisenhorn
,
S. A. C.
Gould
,
T. R.
Albrecht
,
C. F.
Quate
,
D. S.
Cannell
,
H. G.
Hansma
, and
P. K.
Hansma
,
Science
243
,
1586
1589
(
1989
).
23.
H. J.
Butt
,
E. K.
Wolff
,
S. A. C.
Gould
,
B.
Dixon-Northern
,
C. M.
Peterson
, and
P. K.
Hansma
,
J. Struct. Biol.
105
,
54
61
(
1990
).
24.
M.
Radmacher
,
R. W.
Tillmann
,
M.
Fritz
, and
H. E.
Gaub
,
Science
257
,
1900
1905
(
1992
).
25.
J. L.
Hutter
and
J.
Bechhoefer
,
Rev. Sci. Instrum.
64
(
7
),
1868
1873
(
1993
).
26.
M.
Radmacher
,
M.
Fritz
,
J. P.
Cleveland
,
D. R.
Walters
, and
P. K.
Hansma
,
Langmuir
10
,
3809
3814
(
1994
).
27.
H.
Hertz
and
J.
Reine
,
Angew. Mathematik
92
,
156
171
(
1882
).
28.
I. N.
Sneddon
,
Int. J. Eng. Sci.
3
,
47
57
(
1965
).
29.
F.
Rico
,
P.
Roca-Cusachs
,
N.
Gavara
,
R.
Farré
,
M.
Rotger
, and
D.
Navajas
,
Phys. Rev. E
72
,
021914
021911
(
2005
).
30.
E. K.
Dimitriadis
,
F.
Horkay
,
J.
Maresca
,
B.
Kachar
, and
R. S.
Chadwick
,
Biophys. J.
82
,
2798
2810
(
2002
).
31.
R. E.
Mahaffy
,
S.
Park
,
E.
Gerde
,
J.
Käs
, and
C. K.
Shih
,
Biophys. J.
86
,
1777
1793
(
2004
).
32.
L. M.
Rebelo
,
J. S.
de Sousa
,
J. Mendes
Filho
, and
M.
Radmacher
,
Nanotechnology
24
(
5
) (
2013
).
33.
S.
Kasas
,
X.
Wang
,
H.
Hirling
,
R.
Marsault
,
B.
Huni
,
A.
Yersin
,
R.
Regazzi
,
G.
Grenningloh
,
B.
Riederer
,
L.
Forrò
,
G.
Dietler
, and
S.
Catsicas
,
Cell Motil. Cytoskel.
62
,
124
132
(
2005
).
34.
E.-L.
Florin
,
M.
Radmacher
,
B.
Fleck
, and
H. E.
Gaub
,
Rev. Sci. Instrum.
65
(
13
),
639
643
(
1994
).
35.
A.
Cartagena
and
A.
Raman
,
Biophys. J.
106
(
5
),
1033
1043
(
2014
).
36.
L. M.
Rebelo
,
J. S.
de Sousa
,
J. Mendes
Filho
,
J.
Schaepe
,
H.
Doschke
, and
M.
Radmacher
,
Soft Matter
10
(
13
),
2141
2149
(
2014
).
37.
S.
Moreno-Flores
,
R.
Benitez
, and
J. L.
Toca-Herrera
, arXiv preprint arXiv:0904.2704 (
2009
).
38.
K.
Pogoda
,
J.
Jaczewska
,
J.
Wiltowska-Zuber
,
O.
Klymenko
,
K.
Zuber
,
M.
Fornal
, and
M.
Lekka
,
Eur. Biophys. J.
41
(
1
),
79
87
(
2012
).
39.
A. J.
Engler
,
F.
Rehfeldt
,
S.
Sen
, and
D. E.
Discher
,
Methods Cell Biol.
83
,
521
545
(
2007
).
40.
F.
Lautenschläger
,
S.
Paschke
,
S.
Schinkinger
,
A.
Bruel
,
M.
Beil
, and
J.
Guck
,
P. Natl. Acad. Sci.
106
(
37
),
15696
15701
(
2009
).
41.
L.
Chen
,
C. L.
Cheung
,
P. D.
Ashby
, and
C. M.
Lieber
,
Nano Lett.
4
(
9
),
1725
1731
(
2004
).
42.
X.
Trepat
,
M.
Grabulosa
,
L.
Buscemi
,
F.
Rico
,
R.
Farre
, and
D.
Navajas
,
J. Appl. Physiol.
98
(
4
),
1567
1574
(
2005
).
43.
S.
Suresh
,
Acta Mater.
55
(
12
),
3989
4014
(
2007
).
44.
Y. G.
Kuznetsov
,
A. J.
Malkin
, and
A.
McPherson
,
J. Struct. Biol.
120
,
180
191
(
1997
).
45.
E.
Henderson
,
P. G.
Haydon
, and
D. S.
Sakaguchi
,
Science
257
,
1944
1946
(
1992
).
46.
S. W.
Schneider
,
S. W.
Sritharan
,
J. P.
Geibel
,
H.
Oberleithner
, and
B.
Jena
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
94
(
1
),
316
321
(
1997
).
47.
R. L.
Siegel
,
K. D.
Miller
, and
A.
Jemal
,
CA-Cancer J. Clin.
65
(
1
),
5
29
(
2015
).
48.
E. C.
Woodhouse
,
R. F.
Chuaqui
, and
L. A.
Liotta
,
Cancer
80
(
S8
),
1529
1537
(
1997
).
49.
A.
Mantovani
,
Nature
457
(
7225
),
36
37
(
2009
).
50.
I. J.
Fidler
,
Cancer Chemoth. Pharm.
43
(
1
),
S3
S10
(
1999
).
51.
H. W.
Hou
,
Q.
Li
,
G.
Lee
,
A.
Kumar
,
C.
Ong
, and
C. T.
Lim
,
Biomed. Microdevices
11
(
3
),
557
564
(
2009
).
52.
U.
Cavallaro
and
G.
Christofori
,
Nat. Rev. Cancer
4
(
2
),
118
132
(
2004
).
53.
C. A.
Reinhart-King
, in
Physical Sciences and Engineering Advances in Life Sciences and Oncology
(
Springer
,
2016
), pp.
49
71
.
54.
M.
Lekka
,
BioNanoSci.
6
(
1
),
65
80
(
2016
).
55.
M.
Lekka
,
P.
Laidler
,
D.
Gil
,
J.
Lekki
,
Z.
Stachura
, and
A. Z.
Hrynmiewicz
,
Eur. Biophys. J.
28
(
4
),
312
316
(
1999
).
56.
E. C.
Faria
,
N.
Ma
,
E.
Gazi
,
P.
Gardner
,
M.
Brown
,
N. W.
Clarke
, and
R. D.
Snook
,
Analyst
133
(
11
),
1498
1500
(
2008
).
57.
Q.
Li
,
G.
Lee
,
C.
Ong
, and
C.
Lim
,
Biochem. Bioph. Res. Co.
374
(
4
),
609
613
(
2008
).
58.
S. E.
Cross
,
Y.-S.
Jin
,
J.
Tondre
,
R.
Wong
,
J.
Rao
, and
J. K.
Gimzewski
,
Nanotechnology
19
(
38
),
384003
(
2008
).
59.
X.
Zhao
,
Y.
Zhong
,
T.
Ye
,
D.
Wang
, and
B.
Mao
,
Nanoscale Res. Lett.
10
(
1
),
1
8
(
2015
).
60.
S.
Iyer
,
R.
Gaikwad
,
V.
Subba-Rao
,
C.
Woodworth
, and
I.
Sokolov
,
Nat. Nanotechnol.
4
(
6
),
389
393
(
2009
).
61.
M.
Prabhune
,
G.
Belge
,
A.
Dotzauer
,
J.
Bullerdiek
, and
M.
Radmacher
,
Micron
43
(
12
),
1267
1272
(
2012
).
62.
W.
Xu
,
R.
Mezencev
,
B.
Kim
,
L.
Wang
,
J.
McDonald
, and
T.
Sulchek
,
PloS One
7
(
10
),
e46609
(
2012
).
63.
C.
Rianna
and
M.
Radmacher
, Submitted to
Eur. Biophys. J.
(
2016
).
64.
H.
Yamaguchi
and
J.
Condeelis
,
BBA-Mol. Cell Res.
1773
(
5
),
642
652
(
2007
).
65.
M.
Pachenari
,
S.
Seyedpour
,
M.
Janmaleki
,
S. B.
Shayan
,
S.
Taranejoo
, and
H.
Hosseinkhani
,
J. Biomech.
47
(
2
),
373
379
(
2014
).
66.
J.
Guck
,
S.
Schinkinger
,
B.
Lincoln
,
F.
Wottawah
,
S.
Ebert
,
M.
Romeyke
,
D.
Lenz
,
H. M.
Erickson
,
R.
Ananthakrishnan
, and
D.
Mitchell
,
Biophys. J.
88
(
5
),
3689
3698
(
2005
).
67.
J.
Domke
,
S.
Dannöhl
,
W. J.
Parak
,
O.
Müller
,
W. K.
Aicher
, and
R.
M
,
Colloids Surfaces B
19
,
367
379
(
2000
).
68.
M.
Nikkhah
,
J. S.
Strobl
,
E. M.
Schmelz
, and
M.
Agah
,
J. Biomech.
44
(
4
),
762
766
(
2011
).
69.
R. G.
Wells
,
Hepatology
47
(
4
),
1394
1400
(
2008
).
70.
R. T.
Justin
and
A. J.
Engler
,
PloS One
6
(
1
) (
2011
).
71.
D. E.
Discher
,
P.
Janmey
, and
Y.-L.
Wang
,
Science
310
(
5751
),
1139
1143
(
2005
).
72.
A. M.
Kloxin
,
C. J.
Kloxin
,
C. N.
Bowman
and
K. S.
Anseth
,
Adv. Mater.
22
(
31
),
3484
3494
(
2010
).
73.
A.
Cretu
,
P.
Castagnino
, and
R.
Assoian
,
JoVE J. Visual. Exp.
42
,
e2089
e2089
(
2010
).
74.
J. R.
Staunton
,
B. L.
Doss
,
S.
Lindsay
, and
R.
Ros
,
Sci. Rep.
6
(
2016
).
75.
R.
Kristal-Muscal
,
L.
Dvir
, and
D.
Weihs
,
New J. Phys.
15
(
3
),
035022
(
2013
).
76.
L.
Dvir
,
R.
Nissim
,
M. B.
Alvarez-Elizondo
, and
D.
Weihs
,
New J. Phys.
17
(
4
),
043010
(
2015
).
77.
J.
Ren
,
H.
Huang
,
Y.
Liu
,
X.
Zheng
, and
Q.
Zou
,
PloS One
10
(
5
),
e0126107
(
2015
).
78.
J.
Wang
,
Z.
Wan
,
W.
Liu
,
L.
Li
,
L.
Ren
,
X.
Wang
,
P.
Sun
,
L.
Ren
,
H.
Zhao
, and
Q.
Tu
,
Biosens. Bioelectron.
25
(
4
),
721
727
(
2009
).
79.
L.
Li
,
R.
Liu
,
F.
Xu
,
Y.
Zu
, and
Z.
Liu
,
Micron
76
,
46
51
(
2015
).
80.
A. X.
Cartagena-Rivera
,
W.-H.
Wang
,
R. L.
Geahlen
, and
A.
Raman
,
Sci. Rep.
5
(
2015
).
81.
P.
Zachee
,
M.
Boogaerts
,
L.
Hellemans
, and
J.
Snauwaert
,
Brit. J. Haematol.
80
(
2
),
264
265
(
1992
).
82.
S.
Chien
,
Annu. Rev. Physiol.
49
(
1
),
177
192
(
1987
).
83.
R.
Mukherjee
,
M.
Saha
,
A.
Routray
, and
C.
Chakraborty
,
NanoBioscience, IEEE Transactions on
14
(
6
),
625
633
(
2015
).
84.
A.
Li
,
A. H.
Mansoor
,
K. S.
Tan
, and
C.
Lim
,
J. Microbiol. Meth.
66
(
3
),
434
439
(
2006
).
85.
M.
Asghari-Khiavi
,
B. R.
Wood
,
A.
Mechler
,
K. R.
Bambery
,
D. W.
Buckingham
,
B. M.
Cooke
, and
D.
McNaughton
,
Analyst
135
(
3
),
525
530
(
2010
).
86.
M.
Lekka
,
M.
Fornal
,
G.
Pyka-Fósciak
,
K.
Lebed
,
B.
Wizner
,
T.
Grodzicki
, and
J.
Styczen
,
Biorheology
42
,
307
317
(
2005
).
87.
I.
Duliilska
,
M.
Targosz
,
W.
Strojny
,
M.
Lekka
,
P.
Czuba
,
W.
Balwierz
, and
M.
Szymoilski
,
J. Biochem. Bioph. Meth.
66
(
1
),
1
11
(
2006
).
88.
J. L.
Maciaszek
and
G.
Lykotrafitis
,
J. Biomech.
44
(
4
),
657
661
(
2011
).
89.
I.
Lamzin
and
R.
Khayrullin
,
Anatomy Res. Int.
2014
(
2014
).
90.
X. D.
Liao
,
X. H.
Wang
,
H. J.
Jin
,
L. Y.
Chen
, and
C.
Quan
,
Cell Res.
14
(
1
),
16
26
(
2004
).
91.
C. D.
Mathers
and
D.
Loncar
,
PLoS Med
,
3
(
11
),
e442
(
2006
).
92.
S.
Boudina
and
E. D.
Abel
,
Rev. Endocrine Metabolic Disorders
11
(
1
),
31
39
(
2010
).
93.
Y.
Liu
,
J.
Feng
,
L.
Shi
,
R.
Niu
,
Q.
Sun
,
H.
Liu
,
J.
Li
,
J.
Guo
,
J.
Zhu
, and
D.
Han
,
Nanoscale
4
(
1
),
99
102
(
2012
).
94.
J.
Domke
,
W. J.
Parak
,
M.
George
,
H. E.
Gaub
, and
M.
Radmacher
,
Eur. Biophys. J.
28
,
179
186
(
1999
).
95.
E. U.
Azeloglu
and
K. D.
Costa
,
Am. J. Physiol.-Heart C
298
(
3
),
H853
H860
(
2010
).
96.
L. V.
Buchanan
,
G.
Kabell
,
U. M.
Turcotte
,
M. N.
Brunden
, and
J. K.
Gibson
,
J. Cardiovasc. Pharm.
19
(
2
),
256
263
(
1992
).
97.
S.
Rubler
,
J.
Dlugash
,
Y. Z.
Yuceoglu
,
T.
Kumral
,
A. W.
Branwood
, and
A.
Grishman
,
Am. J. Cardiology
30
(
6
),
595
602
(
1972
).
98.
J. C.
Benech
,
N.
Benech
,
A. I.
Zambrana
,
I.
Rauschert
,
V.
Bervejillo
,
N.
Oddone
,
A.
Alberro
, and
J. P.
Damián
,
Cardiovasc. Reg. Med.
2
(
2015
).
99.
J. C.
Benech
,
N.
Benech
,
A. I.
Zambrana
,
I.
Rauschert
,
V.
Bervejillo
,
N.
Oddone
, and
J. P.
Damián
,
Am. J. Physiol.-Cell Physiol.
307
(
10
),
C910
C919
(
2014
).
100.
I.
Falcão-Pires
,
N.
Hamdani
,
A.
Borbély
,
C.
Gavina
,
C. G.
Schalkwijk
,
J.
van der Velden
,
L.
van Heerebeek
,
G. J.
Stienen
,
H. W.
Niessen
, and
A. F.
Leite-Moreira
,
Circulation
124
(
10
),
1151
1159
(
2011
).
101.
S. C.
Lieber
,
N.
Aubry
,
J.
Pain
,
G.
Diaz
,
S.-J.
Kim
, and
S. F.
Vatner
,
Am. J. Physiol.-Heart C
287
(
2
),
H645
H651
(
2004
).
102.
Y.
Zhu
,
H.
Qiu
,
J. P.
Trzeciakowski
,
Z.
Sun
,
Z.
Li
,
Z.
Hong
,
M. A.
Hill
,
W. C.
Hunter
,
D. E.
Vatner
, and
S. F.
Vatner
,
Aging Cell
11
(
5
),
741
750
(
2012
).
103.
H.
Qiu
,
Y.
Zhu
,
Z.
Sun
,
J. P.
Trzeciakowski
,
M.
Gansner
,
C.
Depre
,
R. R.
Resuello
,
F. F.
Natividad
,
W. C.
Hunter
, and
G. M.
Genin
,
Circ. Res.
107
(
5
),
615
619
(
2010
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.