(Cómo) se comunican las células
Científicos de la ISTA modelan con éxito la dinámica celular
Como nosotros, las células se comunican. Pero a su manera. Utilizando las ondas como lenguaje común, las células se dicen unas a otras dónde y cuándo moverse. Hablan, comparten información y trabajan juntas, como el equipo interdisciplinar de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Han investigado cómo se comunican las células y su importancia para futuros proyectos, por ejemplo, su aplicación a la cicatrización de heridas.
Una magnífica ráfaga de colores. Muestra la activación de una vía de señalización química (vía ERK; arriba a la derecha) fusionada con una simulación de áreas celulares 2D (abajo a la izquierda) en una monocapa de células.
© Hannezo Group | ISTA
¿Qué le viene a la mente cuando piensa en biología? ¿Animales, plantas, modelos informáticos teóricos? Puede que esto último no lo asocie de inmediato, aunque es una parte importante de la investigación biológica. Son precisamente estos cálculos los que ayudan a comprender fenómenos biológicos complejos, hasta los detalles más ocultos. Edouard Hannezo, catedrático del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), los aplica para comprender los principios físicos de los sistemas biológicos. Los últimos trabajos de su grupo aportan nuevos conocimientos sobre el movimiento y la comunicación de las células en el interior de los tejidos vivos.
Durante su doctorado en la ISTA, Daniel Boocock, junto con Hannezo y su colaborador a largo plazo Tsuyoshi Hirashima, de la Universidad Nacional de Singapur, desarrollaron un nuevo modelo teórico detallado, que se publica en la revista PRX Life. Permite comprender mejor la comunicación célula-célula a larga distancia y describe tanto las complejas fuerzas mecánicas que las células se aplican entre sí como su actividad bioquímica.
Las células se comunican en ondas
"Digamos que tenemos una placa de Petri cubierta de células, una monocapa. Parece que están ahí sentadas. Pero lo cierto es que se mueven, se arremolinan y adoptan espontáneamente comportamientos caóticos", explica Hannezo.
Al igual que una multitud en un concierto, si una célula tira de un lado, otra percibe la acción y puede reaccionar yendo en la misma dirección o tirando en sentido contrario. La información puede propagarse y viajar en ondas, visibles al microscopio.
"Las células no sólo perciben las fuerzas mecánicas, sino también su entorno químico: las fuerzas y señales bioquímicas que las células ejercen unas sobre otras", prosigue Hannezo. "Su comunicación es una interacción de la actividad bioquímica, el comportamiento físico y el movimiento; sin embargo, el alcance de cada modo de comunicación y cómo funcionan estas interacciones mecanoquímicas en los tejidos vivos ha sido difícil de entender hasta ahora".
Predecir patrones de movimiento
Impulsados por las imágenes de las ondas, el objetivo de los científicos era establecer un modelo teórico de seguimiento que validara su teoría anterior sobre cómo se mueven las células de una región a otra. Daniel Boocock explica: "En nuestro trabajo anterior, queríamos descubrir el origen biofísico de las ondas y si desempeñan un papel en la organización de la migración celular colectiva. Sin embargo, no habíamos tenido en cuenta la transición líquido-sólido del tejido, el ruido inherente al sistema ni la estructura detallada de las ondas en 2D".
Su último modelo informático presta atención a la motilidad celular y a las propiedades materiales del tejido. Con él, Boocock y Hannezo descubrieron cómo las células se comunican mecánica y químicamente y cómo se mueven. Pudieron replicar los fenómenos observados en placas de Petri, verificando una explicación teórica de la comunicación celular basada en leyes físicas.
Comprobación de la teoría
Para la prueba experimental, Boocock y Hannezo colaboraron con el biofísico Tsuyoshi Hirashima. Para comprobar rigurosamente si el nuevo modelo es aplicable a sistemas biológicos reales, los científicos utilizaron monocapas 2D de células MDCK -células renales específicas de mamíferos- que constituyen un modelo clásico in vitro para este tipo de investigaciones. "Si inhibíamos una vía de señalización química que permite a las células percibir y generar fuerzas, las células dejaban de moverse y no se propagaban las ondas de comunicación", explica Hannezo. "Con nuestra teoría, podemos cambiar fácilmente distintos componentes del complejo sistema y determinar cómo se adapta la dinámica del tejido".
¿Y ahora qué?
El tejido celular se parece en algunos aspectos a los cristales líquidos: fluye como un líquido pero se organiza como un cristal. Boocock añade: "En particular, el comportamiento similar al cristal líquido del tejido biológico sólo se ha estudiado independientemente de las ondas mecanoquímicas". Una posible vía de investigación futura es la ampliación a tejidos tridimensionales o monocapas con formas complejas, como en los organismos vivos.
Los investigadores también han empezado a optimizar el modelo en relación con la cicatrización de heridas. Cuando los parámetros mejoran el flujo de información, la cicatrización se ha acelerado, según las simulaciones por ordenador. Hannezo añade con entusiasmo: "Lo realmente interesante es lo bien que funcionaría nuestro modelo para la cicatrización de heridas en células de organismos vivos."
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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