Un equipo de investigadores demuestra cómo se puede invertir la forma de una célula
Las moléculas de membrana conmutables por luz permiten estudiar distintas formas de células vivas
Un equipo de investigadores dirigido por Bart Jan Ravoo (Universidad de Münster) y Timo Betz (Universidad de Gotinga) describe por primera vez cómo se pueden deformar células vivas de forma reversible influyendo específicamente en la membrana celular mediante la luz.
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Las membranas desempeñan diversas funciones en las células vivas: por ejemplo, separan las células de su entorno y las protegen. Además, mediante proteínas transportadoras llevan al interior los nutrientes necesarios. Las membranas también desempeñan un papel importante cuando las células crecen juntas para formar tejidos, cuando proliferan dividiéndose o cuando se mueven. Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Bart Jan Ravoo, del Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Münster, y por el profesor Timo Betz, del Tercer Instituto de Física - Biofísica de la Universidad de Gotinga, es ahora el primero en describir cómo se puede invertir la forma de las células vivas dirigiendo la luz a la membrana celular. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications.
En un experimento de laboratorio, el equipo consiguió cambiar la forma de los glóbulos rojos. Estas células tienen normalmente forma de disco ("discocitos"), pero también pueden adoptar una forma espinosa con proyecciones en la superficie ("equinocitos" o "células rebabas"). Para su experimento, los investigadores utilizaron una especie de "interruptor de luz molecular" que introdujeron en las membranas celulares y que tuvo el efecto de hacer que las células adoptaran la forma de células espinosas. Cuando se las sometió a radiación ultravioleta, las células volvieron a cambiar de forma en cuestión de segundos y adquirieron el aspecto de los discocitos planos que se dan en la naturaleza. Bajo la luz visual, volvieron a adoptar su forma de célula de abrojo. Este proceso se repitió varias veces.
La base de este cambio de forma es una molécula que tiene una estructura similar a las moléculas de la membrana celular y que posee una unidad funcional adicional que responde a la luz cambiando su forma: un azobenceno. "Como el azobenceno es hidrófobo, es decir, repele el agua, le añadimos una cadena lateral hidrófila y soluble en agua", explica el Dr. Fabian Höglsperger, autor principal, del equipo de Bart Jan Ravoo. "Se trata de un diseño que se aproxima mucho a las moléculas lipídicas que se encuentran en la naturaleza en las membranas celulares. Las diferencias entre el derivado del azobenceno, que hemos diseñado y producido, y las moléculas lipídicas que se encuentran en la naturaleza son pequeñas, pero suficientes para provocar un cambio significativo en la membrana celular por medio de la luz".
La explicación del equipo al hecho de que las células cambien rápidamente a la forma plana cuando se someten a la luz ultravioleta es el cambio de estructura de la molécula de azobenceno. Hay menos probabilidades de que esta variante cambiada de la molécula resida en la membrana celular, y las proyecciones que se producen en una membrana con la forma equinocítica se vuelven más planas. Cuando se somete a la luz visual, se desencadena la reacción inversa en el fotointerruptor, y la forma equinocítica retrocede.
El estudio en cuestión trata de investigación básica. Pero, como dice Bart Jan Ravoo, "en el futuro, este método sencillo pero eficaz podría ayudar a estudiar las reacciones de las células a su entorno -en función de su forma- o a utilizar la luz para controlar procesos como la división celular y la migración celular."
Antecedentes: El cambio de forma que se produce en las células en la naturaleza también se debe a la estructura de las membranas. La doble capa de moléculas con una cabeza hidrófila y una cadena lateral hidrófoba es tan estable que las moléculas no pueden atravesarla fácilmente. Al mismo tiempo, esta capa es móvil para poder responder a estímulos internos y externos. "Como suele ocurrir", explica Fabian Höglsperger, "este cambio de forma es un proceso que se produce fácilmente en la naturaleza, pero que es difícil de controlar en condiciones de laboratorio".
El estudio reunió a investigadores de cuatro institutos de las Universidades de Münster y Gotinga, expertos en química sintética, teórica y física, así como en biofísica y biología celular. El equipo utilizó métodos de espectroscopia y microscopia. Los glóbulos rojos eran células humanas.
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