Como nosotros, las células se comunican. Bueno, a su manera especial. Usando ondas como lenguaje común, las células se dicen entre sí dónde y cuándo moverse. Hablan, comparten información y trabajan juntos, al igual que el equipo interdisciplinario de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Llevaron a cabo una investigación sobre cómo se comunican las células y cómo eso es importante para proyectos futuros, por ejemplo, la aplicación a la curación de heridas.
¿Qué te viene a la mente cuando piensas en biología? ¿Animales, plantas, modelos informáticos teóricos? Es posible que no lo asocie de inmediato con el último, aunque es una parte importante de la investigación biológica. Son precisamente estos cálculos los que ayudan a comprender fenómenos biológicos complejos, hasta los detalles más ocultos. El profesor de ISTA Edouard Hannezo los aplica para comprender los principios físicos en los sistemas biológicos. El último trabajo de su grupo ofrece nuevos conocimientos sobre cómo las células se mueven y se comunican dentro del tejido vivo.
Durante su doctorado, Daniel Boocock, junto con Hannezo y su colaborador a largo plazo Tsuyoshi Hirashima de la Universidad Nacional de Singapur, desarrollaron un nuevo modelo teórico detallado, que se publica hoy en la revista PRX Life. Permite una mejor comprensión de la comunicación célula-célula de largo alcance y describe tanto las fuerzas mecánicas complejas que las células aplican entre sí como su actividad bioquímica.
Las células se comunican en ondas.
« Digamos que tiene una placa de Petri que está cubierta con células, una monocapa. Parecen estar simplemente sentadas allí. Pero la verdad es que se mueven, se arremolinan y espontáneamente tienen comportamientos caóticos », explica Hannezo.
Similar a una multitud densa en un concierto, si una célula tira de un lado, otra célula detecta la acción y puede reaccionar yendo en la misma dirección o tirando en sentido contrario. La información puede entonces propagarse y viajar en ondas, ondas que son visibles bajo un microscopio. « Las células no solo perciben las fuerzas mecánicas, sino también su entorno químico: las fuerzas y las señales bioquímicas que las células ejercen entre sí », continúa Hannezo. « Su comunicación es una interacción de actividad bioquímica, comportamiento físico y movimiento; sin embargo, el alcance de cada modo de comunicación y cómo funcionan tales interacciones mecanoquímicas en los tejidos vivos ha sido difícil de alcanzar hasta ahora ».
Predicción de patrones de movimiento
Impulsados por las imágenes de ondas, el objetivo de los científicos era establecer un modelo de seguimiento teórico que validara su teoría anterior sobre cómo las células se mueven de una región a la siguiente. Daniel Boocock explica: « En nuestro trabajo anterior, queríamos descubrir el origen biofísico de las ondas y si desempeñan un papel en la organización de la migración celular colectiva. Sin embargo, no habíamos considerado la transición líquido-sólido del tejido, el ruido inherente al sistema o la estructura detallada de las ondas en 2D ».
Su último modelo informático presta atención a la motilidad celular y las propiedades materiales del tejido. Con él, Boocock y Hannezo encontraron cómo las células se comunican mecánica y químicamente y cómo se mueven. Pudieron replicar los fenómenos observados en placas de Petri, verificando una explicación teórica de la comunicación celular basada en leyes físicas.
Probando la teoría
Para la prueba experimental, Boocock y Hannezo colaboraron con el biofísico Tsuyoshi Hirashima. Para probar rigurosamente si el nuevo modelo es aplicable a sistemas biológicos reales, los científicos utilizaron monocapas 2D de células MDCK (células renales específicas de mamíferos) que son un modelo in vitro clásico para dicha investigación. « Si inhibimos una vía de señalización química que permite que las células detecten y generen fuerzas, las células dejarían de moverse y no se propagarían las ondas de comunicación », explica Hannezo. « Con nuestra teoría, podemos cambiar fácilmente diferentes componentes del sistema complejo y determinar cómo se adapta la dinámica del tejido ».
¿Que sigue?
El tejido celular se parece a los cristales líquidos en algunos aspectos: fluye como un líquido pero está dispuesto como un cristal. Boocock agrega: « En particular, el comportamiento similar al cristal líquido del tejido biológico solo se ha estudiado independientemente de las ondas mecanoquímicas ». Una posible vía de investigación futura es una extensión a tejidos 3D o monocapas con formas complejas, al igual que en los organismos vivos. Los investigadores también han comenzado a optimizar el modelo con respecto a la cicatrización de heridas. Donde los parámetros mejoran el flujo de información, la curación se ha acelerado, en simulaciones por computadora. Hannezo agrega con entusiasmo: « Lo que es realmente interesante es qué tan bien funcionaría nuestro modelo para la cicatrización de heridas en las células dentro de los organismos vivos ».