Un vistazo al sentido del tacto de una célula
Detección de la arquitectura de los tejidos y cambio del destino de las células
La construcción de tejidos y órganos es una de las tareas más complejas y esenciales que deben realizar las células durante la embriogénesis. En esta tarea colectiva, las células se comunican a través de diversos métodos de comunicación, como señales bioquímicas -similares al sentido del olfato de una célula- y señales mecánicas -el sentido del tacto de la célula-. La comunicación celular lleva décadas fascinando a investigadores de diversas disciplinas. El profesor Otger Campàs, junto con sus colegas del Cluster de Excelencia en Física de la Vida (PoL) de la Universidad Técnica de Dresde y de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), han logrado desvelar otro misterio en torno a la cuestión de cómo las células utilizan su sentido del tacto para tomar decisiones vitales durante la embriogénesis. El artículo se ha publicado en la revista Nature Materials.
Imagen confocal del mesodermo presomítico de un embrión de pez cebra. Se muestran las moléculas de adhesión N-cadherina (aparecen en negro porque la imagen está invertida). Esto muestra los bordes celulares.
Campas Lab
Probando el entorno
En su artículo, los investigadores explican cómo las células de un embrión vivo comprueban mecánicamente su entorno y qué parámetros mecánicos y estructuras perciben. "Sabemos mucho sobre cómo las células perciben y responden a señales mecánicas en una placa. Sin embargo, su microentorno es muy diferente dentro de un embrión y no sabíamos qué señales mecánicas perciben en un tejido vivo", afirma Campàs, catedrático de Dinámica de Tejidos y director gerente del PdL.
Las curas mecánicas ayudan a las células a tomar decisiones importantes, como dividirse o no, moverse o incluso diferenciarse, el proceso de diferenciación por el que las células madre se convierten en células más especializadas capaces de realizar funciones específicas. Trabajos anteriores revelaron que las células madre colocadas sobre un sustrato sintético dependen en gran medida de las señales mecánicas para tomar decisiones: Las células situadas sobre superficies con una rigidez similar a la de los huesos se convertían en osteoblastos (células óseas), mientras que las situadas sobre superficies con una rigidez similar a la del tejido cerebral se convertían en neuronas. Estos descubrimientos supusieron un gran avance en el campo de la ingeniería de tejidos, ya que los investigadores utilizaron estas señales mecánicas para crear andamiajes sintéticos que indujeran a las células madre a convertirse en lo que deseaban. Estos andamios se utilizan hoy en diversas aplicaciones biomédicas.
De la placa al embrión vivo
Sin embargo, la placa no es el hábitat natural de las células. Mientras construyen un organismo, las células no están en contacto con andamiajes sintéticos en una placa plana, sino con materiales vivos complejos en tres dimensiones.Durante la última década, el grupo de investigación del Prof. Campàs descubrió las señales mecánicas que guían a las células en los complejos tejidos de un embrión. Gracias a una técnica exclusiva desarrollada en su laboratorio, los investigadores pudieron sondear el tejido vivo de forma similar a como lo hacen las células y averiguar qué estructuras mecánicas perciben las células. "Primero estudiamos cómo las células comprueban mecánicamente su microentorno a medida que se diferencian y construyen el eje corporal de un vertebrado", explicó Campàs. "Las células utilizaban diferentes protuberancias para empujar y tirar de su entorno. Así que cuantificamos lo rápido y fuerte que empujaban". Utilizando una gotita de aceite ferromagnético que insertaron entre las células en desarrollo y sometiéndola a un campo magnético controlado, pudieron imitar estas fuerzas diminutas y medir la respuesta mecánica del entorno de las células.
Detectar la arquitectura del tejido y el destino de las células
Para que estas células embrionarias actúen es fundamental su estado físico colectivo, que Campàs y su grupo de investigación describieron en un artículo anterior como el de una espuma activa, de consistencia similar a la espuma de jabón o de cerveza, con células agrupadas por adhesión celular y que tiran unas de otras. Campàs y su equipo descubrieron que lo que las células sondean mecánicamente es el estado colectivo de esta "espuma viva", es decir, su rigidez y el grado de confinamiento del conjunto. "Y justo en el momento en que las células se diferencian y deciden cambiar su destino, se produce un cambio en las propiedades materiales del tejido que perciben". Según él, en el momento en que las células del tejido deciden su destino, el tejido pierde rigidez.
Seguir avanzando
Lo que aún no se ha demostrado en este estudio es la compleja cuestión de si -y en caso afirmativo, cómo- el cambio de rigidez en el entorno embrionario impulsa el cambio de estado de las células. "Existe una interacción entre las características mecánicas de las estructuras que las células construyen colectivamente, como tejidos u órganos, y las decisiones que toman individualmente, ya que éstas dependen de las señales mecánicas que las células perciben en el tejido. Esta interacción está en la base de cómo la naturaleza construye organismos".
Las conclusiones de este estudio también podrían tener importantes implicaciones para la ingeniería de tejidos. Los posibles materiales que imiten las características espumosas del tejido embrionario, en contraposición a los andamiajes de polímeros sintéticos o geles ampliamente utilizados, podrían permitir a los investigadores crear en el laboratorio tejidos, órganos e implantes sintéticos más robustos y sofisticados, con las geometrías y características mecánicas adecuadas para las funciones deseadas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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