Xavier Trepat i el seu equip a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) són socis clau d’ALIVE: Active Living Matter — Information, Vitality, and Emergence, un programa internacional de recerca seleccionat per rebre finançament en la primera edició europea del Novo Nordisk Foundation Challenge Programme. Coordinat per l’Institut Niels Bohr de Copenhaguen, el projecte rebrà 75 milions de corones daneses (uns 10 milions d’euros) durant sis anys per descobrir com els fluxos d’informació impulsen l’emergència, organització i funció dels teixits vius.
Al voltant de 100 equips de recerca de tot Europa van competir per l’ajuda científica més prestigiosa de la Fundació Novo Nordisk. El finançament ha estat concedit a un consorci liderat per Amin Doostmohammadi, de la Niels Bohr International Academy, juntament amb tres socis de referència internacional: Xavier Trepat, de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) de Barcelona; Nikta Fakhri, del Massachusetts Institute of Technology (MIT); i Erwin Frey, de la Ludwig Maximilian University de Múnic.
“Estic molt il·lusionat per iniciar una nova col·laboració amb investigadors i investigadores líders mundials d’aquest consorci, tant en l’àmbit teòric com en l’experimental”, afirma Trepat. “L’estudi dels fluxos d’informació en sistemes fora de l’equilibri representa un gran repte per a físics i biòlegs, i estic convençut que aquest finançament ens permetrà desenvolupar un marc general per comprendre aquest problema”.
El corrent unidireccional de la vida
The topic of information flows in non-equilibrium systems is a great challenge for physicists and biologists, and I am quite convinced that this grant will allow us to develop a general framework to understand this problem.
Xavier Trepat
Cada cèl·lula del nostre organisme està constantment fent alguna cosa: tira, empeny, envia senyals a les seves veïnes o adopta un determinat destí cel·lular. D’alguna manera, a partir de tota aquesta activitat local, emergeixen teixits organitzats. Sense l’existència d’un controlador central, es formen òrgans, cicatritzen ferides i els tumors envaeixen teixits. Com passa això? Aquesta és la pregunta que ALIVE es proposa respondre.
La idea central del projecte és que els teixits vius són sistemes que processen informació. Les forces que exerceixen les cèl·lules, els senyals que envien i les identitats que adopten contenen informació, i aquesta informació flueix en una direcció específica al llarg del temps. De la mateixa manera que un riu té un corrent, la dinàmica dels teixits vius té una direcció temporal preferent: les causes precedeixen als efectes de manera quantificable. Els físics denominen a aquest fenomen la fletxa del temps. ALIVE convertirà aquesta fletxa col·lectiva del temps en una eina quantitativa per comprendre i, en última instància, controlar el comportament dels teixits.
“El flux d’informació dins dels sistemes vius, i el fet que aquest flux tingui una direcció, és la idea que es troba al cor del nostre enfocament”, explica Doostmohammadi. “Si som capaços de mesurar i cartografiar aquest flux, podrem començar a predir quan un teixit funcionarà amb normalitat, quan fallarà i com podríem intervenir”.
Quatre sistemes, des d’esponges marines fins a embrioides humans
El consorci estudiarà quatre sistemes biològics que abasten diferents formes de vida multicel·lular: les esponges marines, que representen els orígens més primerencs de la multicel·lularitat animal; els organoides intestinals, com a model de renovació tissular saludable; els organoides de càncer colorrectal, on es trenca l’organització col·lectiva; i els embrioides humans derivats de cèl·lules mare pluripotents induïdes, en els quals l’aparició del pla corporal pot observar-se i controlar-se experimentalment.
If we can measure and map the flow of information within living systems, we can begin to predict when tissues will function normally, when they will fail, and how we might intervene.
Amin Doostmohammadi
En tots ells, l’equip combinarà mesuraments de forces mecàniques, microscòpia en viu, eines moleculars i nous marcs teòrics procedents de la física fora de l’equilibri per extreure, modelitzar i, en última instància, dirigir els fluxos d’informació que governen l’organització dels teixits.
A l’IBEC, el grup de Dinàmica Integrativa de Cèl·lules i Teixits, liderat pel professor d’investigació ICREA Xavier Trepat, exercirà un paper fonamental en el desenvolupament de les plataformes experimentals que permetran mesurar directament els fluxos d’informació en sistemes multicel·lulars. Aprofitant la seva reconeguda experiència internacional en mecanobiologia, el grup combinarà cartografiat de forces, pertorbacions optogenètiques i avançades estratègies d’enginyeria tissular en 3D per estudiar com es transmet la informació a través d’organoides, embrioides i teixits artificials. Mitjançant la generació de conjunts de dades a gran escala i alta qualitat que integrin senyals mecànics i bioquímics, l’equip treballarà estretament amb els teòrics del consorci per posar a prova nous marcs conceptuals destinats a comprendre l’organització dels teixits, la invasió tumoral i la regeneració.
“Abordar el problema dels fluxos d’informació en sistemes multicel·lulars ens ajudarà a comprendre processos fonamentals del desenvolupament, la regeneració i la malaltia”, afirma Trepat.
Un programa de sis anys orientat al descobriment
ALIVE tindrà una durada de sis anys i permetrà incorporar un important nombre d’estudiants de doctorat i investigadors i investigadores postdoctorals en les quatre institucions participants. El llançament oficial del projecte tindrà lloc l’abril del 2027 a l’Institut Niels Bohr de Copenhaguen.
