El sentido del tacto de una célula madre
Por Sonia Fernández
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La construcción de tejidos y órganos es una de las tareas más complejas e importantes que deben realizar las células durante la embriogénesis.
Las células individuales no toman estas decisiones; más bien, construir tejido es una tarea colectiva que requiere que las células se comuniquen constantemente entre sí.
Existen diferentes métodos de comunicación, incluidas señales químicas, similares al sentido del olfato de una célula, y también señales mecánicas, el sentido del tacto de la célula.
Los investigadores en una variedad de campos han estado fascinados por la comunicación celular durante décadas y han descubierto cómo las células usan señales bioquímicas para ese propósito.
Sin embargo, la forma en que las células utilizan su sentido del tacto para tomar decisiones durante la embriogénesis sigue siendo un misterio.
El catedrático Otger Campàs de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) es uno de esos investigadores.
Ahora, con un artículo publicado en la revista Nature Materials, él y su equipo de investigación, nos acercan un paso más a desentrañar este misterio.
En este trabajo, que se completó en su mayor parte en la UCSB, 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, pero sabemos muy poco sobre cómo lo hacen las células dentro de un embrión, donde su microambiente es muy diferente», indicó Campàs, ahora catedrático de Física de Vida (PoL, por su significado en inglés) Excellence Cluster de la Technisiche Universität Dresden, donde también enseña Dinámicas de Tejidos y se desempeña como Director Jefe de PoL.
Esta detección mecánica colectiva ayuda a las células a tomar decisiones importantes, como dividirse o no, moverse o incluso diferenciarse, el proceso mediante el cual las células madre se convierten en células más especializadas capaces de realizar funciones específicas.
Una pista importante surgió hace varios años, cuando se descubrió que las células madre colocadas en un sustrato sintético, dependen en gran medida de señales mecánicas para tomar sus decisiones: las células en superficies con rigidez similar a la del hueso se convirtieron en osteoblastos (células óseas), mientras que las células en superficies con 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 el producto deseado.
Estos andamios ahora se utilizan en una amplia gama de aplicaciones biomédicas, pero un plato o un andamio sintético no es el hábitat natural de la célula.
Las células residen en tejidos que tienen características mecánicas muy complejas, indico Campàs.
Se desconoce qué señales mecánicas perciben las células dentro de un embrión mientras construyen un organismo, sin andamios externos y empujándose unas contra otras en tres dimensiones.
Hasta ahora, utilizando una herramienta única desarrollada en el laboratorio de Campàs, los investigadores pudieron sondear el entorno mecánico nativo de la célula dentro de los embriones, y así averiguar qué cantidades físicas perciben las células en su búsqueda para decidir en qué convertirse.
“Estudiamos primero 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”, reveló Campàs.
El científico además señaló que las células usaban diferentes protuberancias para empujar y tirar de su entorno.
“Así que cuantificamos qué tan rápido y fuerte estaban empujando”.
LOS HALLAZGOS
Usando una gota de aceite ferromagnético que insertaron entre las células en desarrollo y las sometieron a un campo magnético controlado, pudieron imitar estas pequeñas fuerzas y medir la respuesta mecánica del entorno de las células.
Crítico para las acciones de estas células embrionarias es su estado físico colectivo, que Campàs y su grupo de investigación encontraron en un estudio anterior, como una espuma activa, similar en consistencia a la espuma de jabón o cerveza, con células agrupadas. juntos, pegándose y tirando de los demás.
Lo que las células están probando mecánicamente, descubrieron Campàs y su equipo, es el estado colectivo de esta «espuma viva», (cuán rígido es y cuán confinado está el ensamblaje) en lugar de la rigidez de las células individuales o estructuras dentro de ellas.
“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”, dijo Campàs. Según él, en el momento en que las células dentro del tejido deciden su destino, el tejido disminuye su rigidez.
Lo que aún no se ha probado en este estudio es si, y de ser así, cómo el cambio en la rigidez en el entorno embrionario impulsa el cambio en el estado celular.
Ese es un tema complejo que se explorará en futuras investigaciones, dijo Campàs.
“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. Esta interacción es el núcleo de cómo la naturaleza construye organismos”, dijo.
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 en medicina; pueden permitir a los investigadores crear en el laboratorio, tejidos, órganos e implantes sintéticos más robustos, sofisticados con el tamaño y estructura adecuada y características mecánicas ideales para la cura deseada.
