Descobreixen un nou tipus d’ones mecàniques que emergeixen de la col·lisió entre cèl·lules

Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) observen per primera vegada com es produeixen ones mecàniques després de la col·lisió entre teixits cel·lulars.

Després del xoc, les cèl·lules s’empenyen i deformen formant ones que viatgen a una velocitat de tres mil·límetres al dia. La propagació d’ones mecàniques és un comportament inesperat que desafia la visió actual de la dinàmica cel·lular i que podria ser rellevant en el desenvolupament embrionari o en el procés de metàstasi.

Read more…

D’esquerra a dreta els investigadors del grup Integrative Cell and Tissue Dynamics de l’IBEC: Xavier Trepat, Raimon Sunyer i Pilar Rodríguez.

La propagació d’ones mecàniques, com les ones sísmiques, el so, o les ones del mar, és un dels fenòmens més aviat explicats per les lleis de la física. Aquestes mateixes lleis prediuen que les cèl·lules del nostre cos no haurien de propagar ones mecàniques perquè en ser molt lleugeres i viscoses, com la mel, haurien d’atenuar ràpidament qualsevol propagació. Contràriament a aquest paradigma, un estudi realitzat per investigadors del IBEC mostra com de la col·lisió entre dos teixits cel·lulars emergeixen ones mecàniques que es propaguen.

En aquest estudi, publicat recentment en la revista Nature Materials, l’equip dirigit per Xavier Trepat, professor investigador ICREA a l’IBEC i professor associat en la UB, ha mostrat com les cèl·lules són capaces de sostenir i transmetre aquestes ones mecàniques al llarg de distàncies superiors a un mil·límetre -l’equivalent a tres-centes cèl·lules alineades una després d’una altra. “Després de la col·lisió, les cèl·lules transmeten informació mecànica col·lectivament, propagant una ona de deformació com si fossin un material continu. És la primera vegada que s’observa aquest comportament en teixits vius”, comenta Pilar Rodríguez, recentment doctorada en el grup de Xavier Trepat i primera autora de l’estudi.

Inicialment, els investigadors no buscaven aquestes ones: estudiaven les col·lisions entre teixits que expressaven diferents efrinas, proteïnes amb implicacions en el càncer de còlon. Per a això van establir una col·laboració amb el grup d’Eduard Batlle, del IRB, també autor de l’article. “El càncer de còlon pot començar quan la barrera entre cèl·lules que expressen diferents efrinas deixa de funcionar bé, permetent que algunes cèl·lules no diferenciades envaeixin altres teixits i puguin formar un tumor”, resumeix Pilar Rodríguez. Durant l’estudi de col·lisions entre cèl·lules que expressaven una efrina (Eph) o una altra (ephrin), els investigadors van descobrir de forma inesperada que els teixits reaccionaven a la trobada transmetent ones mecàniques a banda i banda de la col·lisió.

Els panells A, B i C mostren en blau (velocitats positives) i vermell (velocitats negatives) la propagació de les ones mecàniques després de la col·lisió de teixits. El panell D mostra l’evolució temporal dels fronts d’ona, que s’originen en el lloc de la col·lisió i se succeeixen durant més de 16 hores.

“Es tracta d’un fenomen nou que no podríem haver-hi previst, doncs el marc teòric actual no ho pot explicar”, comenta Xavier Trepat. “L’estudi convida a revisar les propietats mecàniques que atribuïm a les cèl·lules, i pot ser que a incorporar algunes noves. Hem d’entendre els sistemes vius com un nou estat de la matèria, al que cridem matèria activa”, conclou Trepat. 

Els investigadors desconeixen la funció d’aquestes ones. “En biologia, les ones químiques solen encarregar-se de transmetre informació. És possible que les cèl·lules utilitzin ones físiques per compartir informació sobre la seva distribució a l’espai, o fins i tot que intervinguin en algunes etapes del desenvolupament embrionari”, afegeix Trepat. En un futur la comprensió d’aquestes ones físiques podria ser de gran rellevància en escenaris com el càncer o la formació d’òrgans i teixits.

L’estudi ha estat finançat pel MINECO, la Generalitat de Catalunya, el European ResearchCouncil (ERC) i l’Obra Social “La Caixa”.

Article de referència:
Pilar Rodríguez-Franco, Agustí Brugués, Ariadna Marín-Llauradó, Vito Conte1, Guiomar Solanas, Eduard Batlle, Jeffrey J. Fredberg, Pere Roca-Cusachs, Raimon Sunyer, Xavier Trepat (2017). Long-lived force patterns and deformation waves at repulsive epithelial boundaries. Nature Materials, DOI 10.1038/nmat4972

Share...Email this to someoneShare on FacebookShare on LinkedInTweet about this on TwitterPin on PinterestShare on Google+

Comments are closed