Investigadores de la Universidad de Toronto, la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Vanderbilt han descubierto que ciertas células se mueven sorprendentemente más rápido en un líquido más espeso (piense en la miel en lugar del agua, o en la mucosidad en lugar de la sangre) porque sus bordes ondulados detectan la viscosidad de su entorno y adaptarse para aumentar su velocidad.

Sus resultados combinados en el cáncer y las células de fibroblastos, el tipo que a menudo crea cicatrices en los tejidos, sugieren que la viscosidad del entorno que rodea a una célula es un factor importante que contribuye a la enfermedad y puede ayudar a explicar la progresión del tumor, la cicatrización en los pulmones llenos de moco afectados por cáncer quístico. fibrosis y el proceso de cicatrización de heridas.

El estudio, "La agitación de la membrana es un mecanosensor de la viscosidad del fluido extracelular", publicado hoy en Nature Physics , arroja nueva luz sobre los entornos celulares, un área de investigación poco explorada.

"Este vínculo entre la viscosidad celular y la unión nunca se había demostrado antes", dice Sergey Plotnikov, profesor asistente en el Departamento de Biología Celular y de Sistemas en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Toronto y coautor del estudio. . "Descubrimos que cuanto más denso es el entorno circundante, más fuerte se adhieren las células al sustrato y más rápido se mueven, como caminar sobre una superficie helada con zapatos que tienen clavos, en comparación con zapatos sin ningún tipo de agarre".

Comprender por qué las células se comportan de esta manera sorprendente es importante porque los tumores cancerosos crean un entorno viscoso, lo que significa que las células que se propagan pueden moverse hacia los tumores más rápido que los tejidos no cancerosos. Debido a que los investigadores observaron que las células cancerosas se aceleran en un ambiente espesado, concluyeron que el desarrollo de bordes ondulados en las células cancerosas puede contribuir a que el cáncer se propague a otras áreas del cuerpo.

Dirigirse a la respuesta de propagación en los fibroblastos, por otro lado, puede reducir el daño tisular en los pulmones llenos de moco afectados por la fibrosis quística. Debido a que los fibroblastos rugosos se mueven rápidamente, son el primer tipo de células que se mueven a través de la mucosidad hacia la herida, lo que contribuye a la cicatrización en lugar de a la curación. Estos resultados también pueden implicar que al cambiar la viscosidad de la mucosidad del pulmón, se puede controlar el movimiento celular.

"Al mostrar cómo las células responden a lo que las rodea y al describir las propiedades físicas de esta área, podemos aprender qué afecta su comportamiento y, finalmente, cómo influir en él", dice Ernest Iu, Ph.D. estudiante del Departamento de Biología Celular y de Sistemas de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Toronto y coautor del estudio.

Plotnikov agrega:"Por ejemplo, quizás si pones un líquido tan espeso como la miel en una herida, las células se moverán más profundo y más rápido, y así la curarán de manera más efectiva".

Plotnikov e Iu utilizaron técnicas de microscopía avanzadas para medir la tracción que ejercen las células para moverse y los cambios en las moléculas estructurales dentro de las células. Compararon las células cancerosas y de fibroblastos, que tienen bordes ondulados, con células con bordes lisos. Determinaron que los bordes de las células con volantes detectan el entorno espesado, lo que desencadena una respuesta que permite que la célula supere la resistencia:los volantes se aplanan, se extienden y se adhieren a la superficie circundante.

El experimento se originó en Johns Hopkins, donde Yun Chen, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y autor principal del estudio, y Matthew Pittman, Ph.D. estudiante y primer autor, fueron los primeros en examinar el movimiento de las células cancerosas. Pittman creó una solución de polímero viscoso similar al moco, lo depositó en diferentes tipos de células y vio que las células cancerosas se movían más rápido que las células no cancerosas cuando migraban a través del líquido espeso. Para investigar más a fondo este comportamiento, Chen colaboró ​​con Plotnikov de la U de T, que se especializa en el empuje y la tracción del movimiento celular.

Plotnikov estaba asombrado por el cambio de velocidad al entrar en un líquido espeso, parecido a una mucosidad. "Normalmente, observamos cambios lentos y sutiles bajo el microscopio, pero pudimos ver que las células se movían el doble de rápido en tiempo real y se extendían hasta el doble de su tamaño original", dice.

Por lo general, el movimiento celular depende de las proteínas miosina, que ayudan a que los músculos se contraigan. Plotnikov e Iu razonaron que detener la miosina evitaría que las células se propagaran, sin embargo, se sorprendieron cuando la evidencia mostró que las células aún se aceleraban a pesar de esta acción. En cambio, encontraron que las columnas de la proteína actina dentro de la célula, que contribuye a la contracción muscular, se volvieron más estables en respuesta al líquido espeso, empujando aún más el borde de la célula.

Los equipos ahora están investigando cómo ralentizar el movimiento de las células erizadas a través de entornos engrosados, lo que puede abrir la puerta a nuevos tratamientos para las personas afectadas por el cáncer y la fibrosis quística. + Explora más

Las células se mueven controlando la rigidez de sus vecinas