Patrones rítmicos y movimientos precisos:estos son elementos clave para nadar correctamente. Los atletas olímpicos demuestran patrones repetidos de respiración, con cabezal sincronizado, movimientos de piernas y brazos, cautivando a los espectadores y provocando aplausos por ritmos récord. También se pueden ver demostraciones comparables de este patrón de repetición y uso de energía en un nadador microscópico:la célula ameboide.

Las formas de natación celular ahora son predecibles a nuevos niveles de precisión gracias al modelado 3-D avanzado. Los investigadores Eric J. Campbell y Prosenjit Bagchi, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Rutgers, generó un modelo 3-D de una ameba practicando natación impulsada por pseudópodos. La investigación aparecerá en la portada de la edición de este mes de Física de fluidos .

Las células ameboides tienen citoesqueletos excepcionalmente flexibles, sin forma fija. Pueden contraer y expandir su sistema esquelético al mismo tiempo que alteran la consistencia de su citoplasma, el plasma que rodea los orgánulos de la célula. Las células ameboides también se distinguen por su capacidad de motilidad impulsada por pseudópodos. Pseudópodos, es decir, pies falsos, son proyecciones del cuerpo celular que pueden crecer, dividir o retraer para proporcionar locomoción. El movimiento de los pseudópodos es más complejo de lo que la mayoría esperaría. Se basa en reacciones biomoleculares, la deformación celular y el movimiento tanto del citoplasma como del líquido extracelular.

"En esta investigación, Combinamos un modelo de última generación para la deformación celular con el movimiento de fluidos intra y extracelulares, y bioquímica de proteínas utilizando un modelo de formación de patrones dinámicos, ", Dijo Campbell." Luego usamos supercomputadoras paralelas para predecir el movimiento de la célula, y estudió su comportamiento variando la deformabilidad de la celda, viscosidad del fluido, y difusividad de proteínas ".

Las células ameboides muestran una unidireccionalidad en la natación con un cambio correspondiente en la dinámica de los pseudópodos, causado por las proyecciones que se vuelven más frecuentes en la parte frontal de la celda. Esta unidireccionalidad probablemente se deba a una mayor velocidad de natación debido a la orientación enfocada. Usando simulaciones de modelos por computadora, los investigadores estudiaron la natación celular variando la difusividad de las proteínas, elasticidad de la membrana y viscosidad citoplásmica.

Modelar con precisión la natación de células ameboides planteó una serie de desafíos. "El modelo necesitaba poder resolver la deformación en tres dimensiones con alta precisión y sin ninguna inestabilidad numérica, "Dijo Campbell. Bioquímica de proteínas, que crea la fuerza locomotora, tenía que estar acoplado al modelo. También hubo que considerar el movimiento fluido. "Los fluidos intra y extracelulares pueden tener propiedades diferentes, y el modelo debe tener en cuenta esas diferencias ".

Estos diversos parámetros se integraron para optimizar el modelado de locomoción celular, proporcionando nuevos, información más precisa sobre los mecanismos de locomoción. Las células ameboides que demuestran esta motilidad impulsada por pseudópodos pueden ofrecer información sobre muchos procesos biológicos. Según Campbell, la movilidad también se observa durante el desarrollo embrionario, cicatrización de la herida, respuesta inmune de los glóbulos blancos, y células cancerosas metastásicas.