Un equipo de investigación del Cluster of Excellence Physics of Life de TU Dresden y la Universidad de California, Santa Bárbara, revela cómo las células perciben su entorno mecánico a medida que construyen tejidos durante la embriogénesis.
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 una variedad de métodos de comunicación, que incluyen señales bioquímicas, similares al sentido del olfato de una célula, y señales mecánicas, el sentido del tacto de la célula. Los investigadores en una variedad de disciplinas han estado fascinados por la comunicación celular durante décadas. El profesor Otger Campàs junto con sus colegas del Grupo de Excelencia de Física de la Vida (PoL) de la Technische Universität Dresden y de la Universidad de California Santa Bárbara (UCSB) ahora han podido desentrañar otro misterio que rodea la cuestión de cómo las células usan su sentido. del tacto para tomar decisiones vitales durante la embriogénesis. Su artículo ha sido publicado ahora en la revista Materiales de la naturaleza.
Probando el entorno En su artículo, los investigadores informan cómo las células dentro de un embrión vivo prueban mecánicamente su entorno y qué parámetros mecánicos y estructuras perciben. «Sabemos mucho sobre cómo las células detectan y responden a las señales mecánicas en un plato. Sin embargo, su microambiente es bastante diferente dentro de un embrión y no sabíamos qué señales mecánicas perciben en un tejido vivo», dijo Campàs, presidente de Tissue. Director General de Dinámica y PoL.
Las curas mecánicas ayudan a las células a tomar decisiones importantes, como dividirse o no, moverse o incluso diferenciarse, el proceso de diferenciación mediante el cual las células madre se convierten en células más especializadas capaces de realizar funciones específicas. Trabajos anteriores revelaron que las células madre colocadas en un sustrato sintético dependen en gran medida de señales mecánicas para tomar decisiones: las células en superficies con una rigidez similar a la de los huesos se convirtieron en osteoblastos (células óseas), mientras que las células en superficies con una rigidez similar al tejido cerebral se convirtieron en neuronas. Los hallazgos avanzaron enormemente en el campo de la ingeniería de tejidos, ya que los investigadores utilizaron estas señales mecánicas para crear andamios sintéticos para persuadir a las células madre para que se desarrollen en los resultados deseados. Estos andamios se utilizan hoy en día en una variedad de aplicaciones biomédicas.
De un plato al embrión vivo
Sin embargo, un plato no es el hábitat natural de la célula. Mientras construyen un organismo, las células no están en contacto con andamios sintéticos en un plato plano, sino con materiales vivos complejos en tres dimensiones.
Durante la última década, el grupo de investigación del Prof. Campàs ha descubierto las señales mecánicas que guían a las células en los complejos tejidos de un embrión. Usando una técnica única desarrollada en su laboratorio, los investigadores pudieron sondear el tejido vivo de manera similar a como lo hacen las células y descubrir qué estructuras mecánicas detectan las células. “Primero estudiamos cómo las células prueban mecánicamente su microambiente a medida que se diferencian y construyen el eje del cuerpo de un vertebrado, a medida que se diferencian”, dijo Campàs. «Las células usaban diferentes protuberancias para empujar y tirar de su entorno. Así que cuantificamos qué tan rápido y fuerte estaban empujando». Usando una gota de aceite ferromagnético que insertaron entre las células en desarrollo y sometiéndolas a un campo magnético controlado, pudieron imitar estas pequeñas fuerzas y medir la respuesta mecánica del entorno de las células.
Detección de la arquitectura del tejido y las células cambian el destino
Para las acciones de estas células embrionarias 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 la espuma de cerveza, con células agrupadas por adhesión celular y tirando unos de otros. Lo que las células están probando mecánicamente, descubrieron Campàs y su equipo, es el estado colectivo de esta «espuma viva»: qué tan rígido es y qué tan confinado está el conjunto. «Y justo en el momento en que las células se diferencian y deciden cambiar su destino, hay un cambio en las propiedades materiales del tejido que perciben». Según él, en el momento en que las células dentro del tejido deciden su destino, el tejido pierde rigidez.
Avanzando
Lo que aún no se ha probado en este estudio es la compleja cuestión de si, y de ser así, cómo, el cambio en la rigidez en el entorno embrionario impulsa el cambio en el estado celular. «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 estas dependen de las señales mecánicas que las células detectan en el tejido. Esta interacción es fundamental de cómo la naturaleza construye los organismos».
Los hallazgos de este estudio también podrían tener implicaciones importantes para la ingeniería de tejidos. Los materiales potenciales que imitan las características similares a la espuma del tejido embrionario, a diferencia de los andamios de polímero o gel sintéticos ampliamente utilizados, pueden permitir a los investigadores crear tejidos, órganos e implantes sintéticos más robustos y sofisticados en el laboratorio, con las geometrías adecuadas y características mecánicas para las funciones deseadas.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresde. Original escrito por Magdalena Selbig. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
