Motilidad celular, el movimiento espontáneo de las células de un lugar a otro, juega un papel fundamental en muchos procesos biológicos, incluyendo respuestas inmunes y metástasis. Estudios de física recientes han reunido nueva evidencia que sugiere que las células de los mamíferos no solo se arrastran sobre sustratos sólidos, incluidos los medios complejos en 3-D de los tejidos, pero también puede nadar en líquidos.

En un estudio reciente, un equipo de investigadores de la Universidad de Grenoble Alpes y el CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica) intentó arrojar luz sobre los mecanismos detrás de la aparición de células de motilidad en suspensión, que ocurriría si estuvieran moviéndose en fluidos. Su papel publicado en Cartas de revisión física , presenta un modelo que combina la cinética de actina y miosina con el flujo de fluidos, que aplicaron a una forma esférica y no esférica.

"Estudios recientes han sugerido que la adhesión no es necesaria para que las células se muevan en un entorno tridimensional, e incluso han demostrado que las células del sistema inmunológico pueden nadar cuando están suspendidas en un líquido, ", dijeron los investigadores que realizaron el estudio a Phys.org por correo electrónico.

El movimiento de una célula a través de un tejido podría ser, al menos hasta cierto punto, en comparación con su movimiento de natación en un gel compuesto por filamentos de colágeno y líquido intersticial. Este movimiento de natación en particular, sin embargo, hace que las células sean algo autónomas de un sustrato, permitiéndoles navegar a través de cualquier órgano sin tener que adaptarse a ligandos extracelulares alternos, que, en cambio, sería necesario al gatear sobre un sustrato sólido.

El equipo de la Universidad de Grenoble Alpes quería demostrar que las células pueden nadar en un fluido utilizando los mismos o muy similares mecanismos que utilizan cuando se arrastran sobre un sólido. Además, querían investigar el origen de esta motilidad y descubrir la retroalimentación proporcionada por el medio externo a los procesos celulares internos.

"Aunque colaboramos estrechamente con varios experimentadores para desarrollar nuestro conocimiento sobre el problema y recopilamos órdenes de magnitud relevantes de las cantidades físicas que manipulamos, nuestro enfoque fue principalmente teórico para este artículo, y motivado por la observación de que las células deben navegar de manera eficiente en lugar de estar unidas a un sustrato (es decir, gateando), ", dijeron los investigadores.

El citoplasma de las células contiene proteínas llamadas actinas y miosinas. Antes de que una celda comience a moverse de un lugar a otro, Las moléculas de actina se autoensamblan en una red a lo largo de la membrana celular. conocido como "corteza".

El modelo celular ideado por los investigadores tiene dos componentes clave:un gel de corteza de actina y motores de miosina. Los motores de miosina contraen el gel de actina, creando finalmente un flujo de proteínas de actina y miosina hacia áreas con alta concentración de miosina. Finalmente, esto da como resultado que toda la miosina se concentre en un solo lugar, con actina fluyendo hacia él.

"Este flujo continúa perpetuamente, porque se agregan nuevas moléculas de actina en el extremo opuesto de la célula, "explicaron los investigadores." Hemos demostrado que la célula adquiere una polaridad espontánea (es decir, Las moléculas de actina se agregan en un polo y se eliminan en el otro extremo, de manera sostenible). El flujo de actina a lo largo de la membrana agarra el fluido exterior para lograr la propulsión celular y produce un patrón de flujo complejo en el fluido circundante ".

Los investigadores observaron que en este escenario, La velocidad de nado de una célula se asemeja a la velocidad que uno esperaría ver si estuviera gateando sobre un sustrato. Esto es algo sorprendente, ya que caminar es típicamente más fácil que nadar para los organismos vivos. Según los investigadores, esto podría explicarse por el hecho de que toda la superficie de la celda de natación participa de forma concertada en la propulsión.

"Dependiendo de la renovación y contractilidad de la corteza celular (dos propiedades activas que pueden ser controladas por la célula ya sea genéticamente o mediante vías biológicas específicas), Descubrimos que una célula puede polarizarse espontáneamente y comenzar a moverse en un fluido, ", dijeron los investigadores." También es posible obtener un comportamiento oscilatorio en el que la célula cambia de dirección periódicamente ".

El estudio ofrece una nueva visión fascinante sobre los mecanismos detrás de la motilidad natatoria de las células, o, como dicen los investigadores, su capacidad para arrastrarse en un fluido. Sus observaciones podrían ser particularmente útiles para los biólogos que intentan comprender el movimiento de las células, ya que implican que una celda individual puede moverse de manera robusta tanto en un fluido como a lo largo de un sustrato sólido, utilizando los mismos mecanismos.

Ahora se sabe que las células inmunes y las células metastásicas se enfrentan a entornos muy diferentes a medida que migran dentro de un organismo. sin embargo, los investigadores encontraron que los mecanismos que utilizan para navegar por estos diferentes entornos pueden ser muy similares. Curiosamente, Los hallazgos recopilados en este trabajo también sugieren que la velocidad de una célula está determinada principalmente por la viscosidad cortical, mientras que la viscosidad del fluido externo no es relevante.

"Con colaboradores que realizan experimentos de células migratorias suspendidas, nuestro objetivo es descubrir cómo las células pueden explotar los mecanismos que describimos, ", dijeron los investigadores." También queremos arrojar más luz sobre los detalles moleculares de cómo el flujo de la corteza genera fuerzas de corte en el medio externo, más allá de la membrana celular. En el lado teórico, creemos que este modelo todavía tiene muchas variantes posibles que pueden producir fenómenos interesantes que serían relevantes para una variedad de dinámicas de actomiosina observadas en organismos vivos ".

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