El cuento de hadas de la princesa y el guisante habla de una joven miembro de la realeza tan sensible que podía detectar un pequeño guisante escondido debajo de muchos colchones. En biología, algo similar sucede cuando una célula detecta condiciones mucho más allá de lo que toca directamente. Hasta hace poco, esta notable capacidad estaba relacionada principalmente con células inusuales, como las cancerosas. Una nueva investigación muestra que las células ordinarias pueden lograr una hazaña similar cuando trabajan juntas.
Ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis informaron sus hallazgos en la revista PNAS. Su trabajo arroja luz sobre cómo las células detectan y responden a su entorno más allá de la superficie a la que se adhieren. Comprender este proceso podría ayudar a los científicos a aprender más sobre cómo las células cancerosas se mueven por el cuerpo y puede revelar nuevas formas de retardar o prevenir esa propagación.
La mecánica de la detección celular de largo alcance
Amit Pathak, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey, estudia cómo las células interactúan con las propiedades físicas de su entorno. Explicó que la «mecanodetección de profundidad» describe el proceso que permite a las células detectar características más allá de la superficie a la que están adheridas.
En estudios anteriores, Pathak y sus colegas descubrieron que las células anormales con una «alta polaridad anteroposterior» (indicativa de células migratorias) tienen una capacidad especialmente fuerte para detectar su entorno. Estas células pueden detectar señales físicas hasta 10 micrones más allá del área donde están unidas.
Esta capacidad de detección depende en parte de cómo una célula tira y remodela el colágeno fibroso que la rodea. Al deformar estas fibras, la célula extiende su alcance hacia la matriz extracelular (MEC) y puede «sentir» lo que se encuentra en la siguiente capa. La siguiente capa podría ser algo rígido, como un tumor, un tejido más blando o incluso un hueso cercano. Al detectar la rigidez de la ECM, una sola célula anormal puede determinar la dirección en la que debe moverse.
Las fuerzas celulares colectivas amplían el rango de detección
La nueva investigación muestra que grupos de células epiteliales, que forman las superficies de muchos tejidos, pueden alcanzar un rango de detección aún mayor. Cuando estas células actúan juntas, generan fuerza suficiente para sondear a través del colágeno fibroso y detectar capas a una distancia de hasta 100 micrones.
«Debido a que es un colectivo de células, están generando fuerzas superiores», dijo Pathak, quien realizó la investigación con el estudiante de doctorado Hongsheng Yu.
Los modelos informáticos sugieren que este proceso se desarrolla en dos etapas a medida que las células se agrupan y comienzan a migrar. Durante estas fases, la información que las células recopilan sobre su entorno influye en cómo se mueven y se propagan.
Implicaciones para comprender la propagación del cáncer
Las células cancerosas parecen beneficiarse de esta capacidad de detección mejorada. Su capacidad para detectar lo que se avecina les ayuda a escapar del entorno del tumor y moverse a través del tejido circundante evitando la detección. Esta capacidad les permite migrar más fácilmente, incluso en entornos más blandos.
Ahora los investigadores quieren determinar exactamente cómo se controla este rango de detección y si reguladores específicos determinan hasta qué punto las células pueden detectar su entorno. Identificar esos reguladores podría abrir la puerta a nuevos tratamientos contra el cáncer. Si los científicos pueden alterar la capacidad de una célula cancerosa para «sentir» su camino hacia adelante, podrían limitar hasta qué punto se propaga la enfermedad.
La financiación para esta investigación fue proporcionada por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) (R35GM128764) y la Fundación Nacional de Ciencias, Innovación Civil, Mecánica y de Fabricación (2209684).
