Investigadors de l’IBEC han descobert que els teixits epitelials s’adapten a un estirament prolongat reorganitzant lentament el seu citoesquelet de queratina en grans xarxes multicel·lulars. Utilitzant microscòpia avançada en temps real, models fets amb enginyeria de teixits i simulacions computacionals, l’equip va descobrir que aquest procés acaba empenyent el nucli de la cèl·lula fora de la gàbia de queratina que l’envolta. Aquesta troballa revela un mecanisme prèviament desconegut pel qual els teixits responen a l’estrès mecànic sostingut, amb possibles implicacions per al desenvolupament, la fisiologia dels òrgans i les malalties relacionades amb una organització defectuosa de la queratina.
Com se les arreglen els teixits per a suportar un estirament durant hores o fins i tot dies? Un estudi dirigit per investigadors de l’Institut de Bioingenyeria de Catalunya (IBEC) ha descobert una resposta inesperada: les cèl·lules reorganitzen radicalment la seva estructura interna i, en el procés, alliberen els seus nuclis d’una xarxa protectora de queratina. El treball, publicat en Nature Physics, revela una nova forma en la qual els teixits s’adapten a forces mecàniques prolongades.
La queratina és un dels principals components estructurals del citoesquelet, la xarxa de filaments proteics que confereix a les cèl·lules la seva forma i la seva resistència mecànica. Encara que des de fa temps se sap que la queratina protegeix els teixits de grans deformacions, no quedava clar com respon exactament a l’estirament prolongat.
Per a investigar aquesta qüestió, els investigadors van combinar teixits epitelials modificats genèticament, un dispositiu microfluídic d’estirament dissenyat a mesura, microscòpia avançada en temps real i modelització computacional a múltiples escales. Van observar que la queratina no reacciona de manera immediata quan s’estiren els teixits. En canvi, al llarg de vàries hores, els filaments individuals es reorganitzen gradualment en gruixos feixos en forma d’estrella que s’estenen entre cèl·lules veïnes, formant xarxes supracel·lulars al llarg del teixit.
«La simulació de la dinàmica intracel·lular va revelar que el mateix procés que forma aquests cridaners feixos també genera forces que, en última instància, empenyen al nucli fora de la seva gàbia», afirma Marco Pensalfini, professor adjunt de la Universitat Queen Mary de Londres, qui va desenvolupar el model computacional juntament amb Marino Arroyo, catedràtic del Departament d’Enginyeria Civil i Mediambiental de la UPC i investigador principal del grup de recerca « Interfícies de materials tous i vius» del CIMNE. «La modelització computacional ens va permetre relacionar el que observem en els experiments amb els mecanismes físics subjacents».
La reorganització estructural comença en les unions on es troben tres cèl·lules. Els filaments de queratina desapareixen progressivament d’aquestes regions i s’acumulen formant feixos cada vegada més gruixuts. Sorprenentment, el procés és col·lectiu: comença en unes poques cèl·lules aïllades i després es propaga a les seves veïnes, creant àrees cada vegada més extenses de cèl·lules agrupades en feixos, connectades per una xarxa compartida de queratina.
Les imatges de microscòpia en temps real van confirmar aquesta predicció: a mesura que els feixos es feien més gruixuts, el nucli es desprenia gradualment de la malla de queratina que l’envoltava fins a separar-se per complet, quedant unit únicament a una quantitat residual de filaments. Aquest «alliberament del nucli» va resultar ser una de les troballes més cridaneres de l’estudi, estretament vinculat a la pròpia formació dels feixos de queratina.
«Una de les preguntes més intrigants que planteja el nostre estudi és si aquest procés d’alliberament protegeix en última instància al nucli o el fa més vulnerable», afirma Xavier Trepat, professor de recerca ICREA a l’IBEC, líder del grup de Dinàmica Integrativa de Cèl·lules i Teixits i colíder de l’estudi. «D’una banda, l’eliminació de la gàbia de queratina podria exposar al nucli de forma més directa a les forces mecàniques. D’altra banda, i encara que pugui semblar contradictori, la desconnexió del nucli d’una xarxa citoesquelética sotmesa a gran tensió podria, de fet, protegir-lo en impedir la transmissió de la força. Per a comprendre quin d’aquests efectes predomina, seran necessaris estudis addicionals que examinin com responen els nuclis a una tensió mecànica prolongada».
Els investigadors també van identificar un paper important de l’actina, un altre component fonamental del citoesquelet. L’afebliment dels enllaços moleculars entre l’actina i la queratina va accelerar el procés d’agrupació gairebé tres vegades, la qual cosa demostra que les interaccions entre tots dos sistemes de filaments són reguladors clau de com els teixits s’adapten a l’estirament.
«Aquestes troballes poden ajudar-nos a comprendre millor com s’adapten els teixits a l’estirament prolongat en una àmplia varietat de contextos biològics», afirma Tom Golde, investigador postdoctoral del grup de Trepat i primer autor de l’estudi. «Es donen condicions mecàniques similars durant el desenvolupament embrionari i en òrgans que s’expandeixen i contreuen repetidament, com la bufeta o la glàndula mamària. També creiem que els mecanismes que hem descobert podrien ser rellevants per a malalties en les quals la xarxa de queratina es veu alterada».
Igual que els enginyers solen reforçar ponts i edificis perquè suportin càrregues repetides, aquest estudi demostra que les nostres pròpies cèl·lules han desenvolupat una estratègia notablement similar: reconstrueixen contínuament la seva estructura interna per a mantenir la resistència dels teixits enfront de les forces mecàniques quotidianes.
Xavier Trepat és també és professor a la Universitat de Barcelona (UB) i membre del Centre de Recerca Biomèdica en Xarxa en Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN).
L’estudi també ha comptat amb la participació del Laboratori de Càlcul Numèric (LaCàN) de la Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech (UPC); la Universitat de Columbia a Nova York; la Facultat de Medicina de la Universitat de Barcelona (UB); la Universitat de Viena; l’University College de Londres; i el Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria (CIMNE) de Barcelona.
Article de referència:
Tom Golde, Marco Pensalfini, Nimesh Chahare, Pere Roca-Cusachs, Gerhard Wiche, Guillaume T. Charras, Marino Arroyo & Xavier Trepat. Dynamics of supracellular keratin bundling and nuclear uncaging in stretched epithelia. Nature Physics (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-026-03371-8
