Descubren un nuevo tipo de ondas mecánicas que emergen de la colisión entre células

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) observan por primera vez cómo se producen ondas mecánicas tras la colisión entre tejidos celulares.

Tras el choque, las células se empujan y deforman formando ondas que viajan a una velocidad de tres milímetros al día. La propagación de ondas mecánicas es un comportamiento inesperado que desafía la visión actual de la dinámica celular y que podría ser relevante en el desarrollo embrionario o en el proceso de metástasis.

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De izquierda a derecha los investigadores del grupo Integrative Cell and Tissue Dynamics del IBEC: Xavier Trepat, Raimon Sunyer y Pilar Rodríguez.

La propagación de ondas mecánicas, como las ondas sísmicas, el sonido, o las olas del mar, es uno de los fenómenos más bien explicados por las leyes de la física. Estas mismas leyes predicen que las células de nuestro cuerpo no deberían propagar ondas mecánicas porque al ser muy ligeras y viscosas, como la miel, deberían atenuar rápidamente cualquier propagación. Contrariamente a este paradigma, un estudio realizado por investigadores del IBEC muestra cómo de la colisión entre dos tejidos celulares emergen ondas mecánicas que se propagan.

En este estudio, publicado recientemente en la revista Nature Materials, el equipo dirigido por Xavier Trepat, profesor investigador ICREA en el IBEC y profesor asociado en la UB, ha mostrado cómo las células son capaces de sostener y transmitir estas ondas mecánicas a lo largo de distancias superiores a un milímetro -el equivalente a trescientas células alineadas una tras otra. “Tras la colisión, las células transmiten información mecánica colectivamente, propagando una onda de deformación como si fueran un material continuo. Es la primera vez que se observa este comportamiento en tejidos vivos”, comenta Pilar Rodríguez, recientemente doctorada en el grupo de Xavier Trepat y primera autora del estudio.

Inicialmente, los investigadores no buscaban estas ondas: estudiaban las colisiones entre tejidos que expresaban diferentes efrinas, proteínas con implicaciones en el cáncer de colon. Para ello establecieron una colaboración con el grupo de Eduard Batlle, del IRB, también autor del artículo. “El cáncer de colon puede empezar cuando la barrera entre células que expresan diferentes efrinas deja de funcionar bien, permitiendo que algunas células no diferenciadas invadan otros tejidos y puedan formar un tumor”, resume Pilar Rodríguez. Durante el estudio de colisiones entre células que expresaban una efrina (Eph) u otra (ephrin), los investigadores descubrieron de forma inesperada que los tejidos reaccionaban al encuentro transmitiendo ondas mecánicas a ambos lados de la colisión.

Los paneles A, B y C muestran en azul (velocidades positivas) y rojo (velocidades negativas) la propagación de las ondas mecánicas tras la colisión de tejidos. El panel D muestra la evolución temporal de los frentes de onda, que se originan en el lugar de la colisión y se suceden durante más de 16 horas

“Se trata de un fenómeno nuevo que no podríamos haber previsto, pues el marco teórico actual no lo puede explicar”, comenta Xavier Trepat. “El estudio invita a revisar las propiedades mecánicas que atribuimos a las células, y puede que a incorporar algunas nuevas. Debemos entender los sistemas vivos como un nuevo estado de la materia, al que llamamos materia activa”, concluye Trepat.

Los investigadores desconocen la función de estas ondas. “En biología, las ondas químicas suelen encargarse de transmitir información. Es posible que las células utilicen ondas físicas para compartir información sobre su distribución en el espacio, o incluso que intervengan en algunas etapas del desarrollo embrionario”, añade Trepat. En un futuro la comprensión de estas ondas físicas podría ser de gran relevancia en escenarios como el cáncer o la formación de órganos y tejidos.

El estudio ha sido financiado por el MINECO, la Generalitat de Catalunya, el European Research Council (ERC) y la Obra Social “La Caixa”.

Artículo de referencia: 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

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