“Queríamos comprender la relación básica entre los movimientos celulares colectivos y las fuerzas celulares colectivas, como las que se pueden producir durante la invasión celular en el cáncer, por ejemplo. Pero, durante la investigación, dimos con un fenómeno totalmente inesperado”, explica el autor sénior Jeffrey Fredberg, profesor de bioingeniería y fisiología en el Departamento de Salud Medioambiental de la HSPH y coinvestigador sénior del laboratorio de Dinámica Celular Integrativa y Molecular de la HSPH.
Biólogos, ingenieros y físicos de la HSPH y el IBEC colaboraron para arrojar luz sobre el movimiento celular colectivo, que juega un papel clave en funciones como curación de heridas, desarrollo de órganos y crecimiento de tumores. Mediante una técnica llamada microscopía de estrés en monocapa —que han inventado ellos mismos— midieron las fuerzas que afectan a una única capa de células epiteliales en movimiento. Examinaron la velocidad y la dirección de las células así como la tracción, es decir, cómo algunas células tiran de sí mismas o se empujan y, en consecuencia, fuerzan un movimiento colectivo.
Tal y como esperaban, los investigadores observaron que cuando se situaba un obstáculo en el camino de una capa de células en movimiento de avance —en este caso, un gel que no proporciona tracción— las células se mueven alrededor del obstáculo, ciñéndose firmemente a los contornos del gel a medida que pasan. No obstante, los investigadores también observaron algo sorprendente: las células, además de moverse hacia delante, seguían intentando moverse hacia el gel, como si desearan llenar el espacio vacío. Los investigadores denominaron este movimiento “kenotaxis”, del griego “keno” (vacío) y “taxis” (distribución), porque parece que las células intenten llenar un vacío.
“Este nuevo hallazgo nos puede ayudar a comprender mejor la conducta de las células —y evaluar fármacos que puedan influir en esa conducta— en varias enfermedades complejas, como cáncer, asma, enfermedades cardiovasculares, alteraciones del desarrollo y glaucoma” explica Xavier Trepat, coautor del artículo e investigador ICREA del Instituto de Bioingeniería de Catalunya. “El hallazgo también podría ayudar en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, porque ambas disciplinas se basan en la migración celular”.
Por ejemplo, en carcinomas, que representan el 90% de todos los cánceres e implican a células epiteliales, la nueva información sobre el movimiento celular podría mejorar el conocimiento de cómo migran las células cancerígenas por el cuerpo. La investigación del asma también podría obtener un nuevo impulso, porque los científicos creen que la migración de las células epiteliales dañadas en los pulmones está implicada en el estrechamiento de la vía respiratoria causado por la enfermedad.
“La kenotaxis es una propiedad del colectivo celular, no de la célula individual”, explica Jae Hun Kim, primer autor del estudio. “Nos pareció asombroso el modo en que el colectivo celular puede organizarse para tirar de sí mismo sistemáticamente en una dirección y, al mismo tiempo, desplazarse sistemáticamente en una dirección totalmente diferente”.
Jae Hun Kim, Xavier Serra-Picamal, Dhananjay T. Tambe, Enhua H. Zhou, Chan Young Park, Monirosadat Sadati, Jin-Ah Park, Ramaswamy Krishnan, Bomi Gweon, Emil Millet, James P. Butler, Xavier Trepat, Jeffrey J. Fredberg (2013), «Propulsion and navigation within the advancing monolayer sheet». Nature Materials, avance de la edición en línea.
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