Las células que migran deben superar las barreras físicas, como los poros cerrados en tejidos de malla fina. Un estudio reciente de un equipo de biofísicos de LMU proporciona una nueva teoría para describir cómo las células maniobran en entornos tan confinados.

En el cuerpo humano hay un movimiento constante de células migratorias. Las células inmunes y cancerosas son especialmente móviles, y pueden atravesar varias barreras y tejidos de malla fina. Una colaboración de expertos en biofísica teórica y experimental dirigida por el profesor Chase Broedersz y el profesor Joachim Rädler en LMU Munich ha propuesto ahora una nueva forma de estudiar la migración de células confinadas utilizando un enfoque basado en datos. Los resultados se publican en línea en Física de la naturaleza .

Apretando de un lado a otro entre las dos islas

La clave de su enfoque fue estudiar una célula migratoria en un microambiente confinante artificial. Este microambiente está formado por dos islas en las que una celda puede sentarse cómodamente, que están conectados por un puente estrecho. Están recubiertos con una proteína a la que se puede adherir la célula. mientras que los alrededores no son accesibles a la celda. La constricción constituye un obstáculo para la célula migratoria, que tiene que abrirse paso. Usando microscopía de lapso de tiempo, los investigadores monitorearon cómo se mueven las células:las células del tejido mamario no se quedan quietas, se aprietan frenéticamente de un lado a otro entre las dos islas. Observando cómo cientos de células migran en estos micropatrones, el equipo reveló la dinámica de cómo las células superan tales obstáculos físicos.

Para el éxito de este estudio fue crucial la estrecha colaboración entre la teoría y el experimento. "Nos aseguramos de que el diseño del entorno confinado en el que migran las células sea lo más simple y controlable posible, "Esto nos permite utilizar un enfoque de big data", explica Joachim Rädler.

Filtrar fluctuaciones

El modelo teórico que proponen los biofísicos es una ecuación de movimiento. Esto es similar en espíritu a las ecuaciones que describen muchos sistemas físicos, como el movimiento de los planetas alrededor del sol. Sin embargo, las células son mucho más pequeñas y su movimiento se ve fuertemente afectado por fluctuaciones inherentes. "Con nuestro modelo, pudimos desenredar lo predecible, componentes deterministas de la parte aleatoria del movimiento, las fluctuaciones, "Explica Chase Broedersz." Esto nos permite comprender cómo las células pueden realizar tareas de migración de manera confiable, a pesar de todas estas influencias aleatorias ".

Habiendo filtrado las fluctuaciones en el comportamiento de la célula, los científicos descubrieron que las células de cáncer de mama y las células de mama sanas tienen comportamientos de motilidad diferentes. "Nuestro enfoque basado en datos combinado con micropatrones artificiales nos permite revelar los rasgos característicos de las células, "dice David Brückner, el primer autor del estudio. "El modelo inferido, por lo tanto, proporciona una 'huella digital de motilidad' que distingue diferentes tipos de células".

Chase Broedersz concluye:"Nuestro nuevo enfoque describe la migración de células confinadas utilizando la teoría de sistemas dinámicos y muestra cómo las células se adaptan a entornos confinados. Esto también podría tener aplicaciones para la evaluación cuantitativa del comportamiento celular en entornos biológicos más complejos".