DONATE

Cellular and molecular mechanobiology

About

Every time we blink, move a hand, draw a breath, or walk, cells in our body exert, transmit, withstand, and detect forces. This mechanical interaction with the environment determines how cells proliferate, differentiate, and move, and regulates development, tumorigenesis or wound healing.

Our research aims precisely at unraveling the mechanisms that these molecules use to detect and respond to mechanical stimuli like forces or tissue rigidity, triggering downstream cell responses.

Just like biochemical stimuli initiate signaling cascades, mechanical forces affect the links and conformation of a network of molecules connecting cells to the extracellular matrix.

To this end, we combine biophysical techniques like magnetic and optical tweezers, Atomic Force Microscopy, traction microscopy, and microfabricated force sensors with molecular biology, advanced optical microscopy, and theoretical modelling.

Sensing the environment: Using this multi-disciplinary approach, we have unveiled a molecular mechanism that cells employ to detect and respond to the rigidity of their environment, which could be crucial in breast tissue and breast cancer (Elosegui-Artola et al., 2016 Nat. Cell Biol., and Elosegui-Artola et al. 2014, Nature Mater.). This mechanism is mediated by what is known as a “molecular clutch”: in a surprising analogy with a car engine, cells can be understood as a molecular network that can engage and disengage from its environment, just as the clutch of a car. This affects force transmission from the environment to cells, and also within different cell components. We are also expanding on the idea of the molecular clutch, to explore how cell molecular engines sense not only mechanical rigidity, but other important parameters from their environment: for instance, the composition and distribution of ligands in the extracellular matrix, or other cells. In this regard, we uncovered that this concept can explain how cells sense the spatial distribution of ligands in the extracellular matrix (Oria et al., Nature 2017). We have also demonstrated that cell-cell force transmission, mediated by a molecular clutch, is essential for cells to sense gradients in stiffness (Sunyer et al., Science 2016, in collaboration with the group of Xavier Trepat).

Nuclear mechanotransduction: Forces applied to cells are transmitted all the way to the cell nucleus, where they affect its function. We are studying how this force transmission affects the dynamics of transcriptional regulators, such as YAP (Elosegui-Artola et al., 2017, Cell), and how this affects cell function.

The membrane as a mechanosensor: Due to its mechanical properties, the plasma membrane itself can respond to forces and act as a mechanosensor. Recently, we have shown that cell membranes can use purely physical principles to adapt their shape in response to mechanical forces (Kosmalska et al., 2015, Nat. Commun.). We are currently studying how cells harness this physical membrane behavior to respond to signals from their environment.

Ultimately, when we determine the molecular mechanisms that communicate cells with their environment, we will understand how forces determine development when things go right, and tumor formation when they go wrong.

Video: How tissue stiffness activates cancer

 

Staff

Projects

NATIONAL PROJECTSFINANCERPI
MECNUC · Estudio del control mecánico de la localización nuclear de proteínas (2020-2023)MINECO
Retos investigación: Proyectos I+D
Pere Roca-Cusachs
BLOCMEC Development of small molecules to block mechanotransduction for pancreatic cancer therapy (2021-2023)MICIU, Proyectos Pruebas de ConceptoPere Roca-Cusachs
INTROPY INhibiting mechanoTRansduction for Oncology theraPY (2021-2023)ACCIO, Tecniospring IndustryMamatha Nijaguna
INTERNATIONAL PROJECTSFINANCERPI
MECHANOCONTROL · Mechanical control of biological function (2017-2021)European Commission, FET ProactivePere Roca-Cusachs
TALVIN · Inhibiting mechanotransduction for the treatment of pancreatic cancer (2018-2021)European Commission, FET Innovation LaunchpadPere Roca-Cusachs
MECHANOSITY Mechanical regulation of cellular behaviour in 3D viscoelastic materials (2019-2022)European Commission, MARIE CURIEAlberto Elosegui
PRIVATELY-FUNDED PROJECTSFINANCERPI
Mech4Cancer · Enabling technologies to map nuclear mechanosensing: from organoids to tumors (2020-2023)Obra Social La Caixa
Health Research Call
Pere Roca-Cusachs
Understanding YAP-mediated mechanotransduction in pancreatic cancer (2020-2023)Fundació La Marató de TV3Pere Roca-Cusachs
Understanding and measuring mechanical tumor properties to improve cancer diagnosis, treatment, and survival: Application to liquid biòpsies (2017-2022)Obra Social La Caixa Pere Roca-Cusachs
FINISHED PROJECTSFINANCERPI
Desarrollo de una terapia innovadora para el tratamiento de los tumores sólidos mediante la inhibición de la mecanotransducción (2018-2020)MINECO, Subprograma Retos-ColaboraciónPere Roca-Cusachs
Understanding and measuring mechanical tumor properties to improve cancer diagnosis, treatment, and survival: Application to liquid biopsies (2017-2020)Obra Social La CaixaPere Roca-Cusachs
IMREG El sistema acoplado entre integrinas y proteínas adaptadoras como regulador mecánico del comportamiento celular (2016-2020)MINECO, Proyectos I+D ExcelenciaPere Roca-Cusachs
MECHANOMEMBRANE Redes mecanoquímicas en la membrana plasmática (2017-2018)MINECO, Subprograma Estatal de Generación de Conocimiento “EUROPA EXCELENCIA”Pere Roca-Cusachs
Stromal stiffness in tumor progression (2014-2017)Fundació La Marató de TV3Pere Roca-Cusachs
MECBIO Red de Excelencia en Mecanobiología (2014-2016)MINECO, Subprograma Estatal de Generación de Conocimiento “REDES DE EXCELENCIA”Pere Roca-Cusachs
Inhibiting mechanostransduction as a novel therapy in the treatment of solid tumors (2017-2018)Obra Social La CaixaPere Roca-Cusachs

Publications

Click here for a list of publications by Pere Roca-Cusachs with IBEC affiliation.

Click here for a full list of publications including those affiliated to other organisations.

Equipment

  • Confocal Microcopy
  • Traction Microscopy
  • Live cell fluorescence microscopy
  • Cell stretching
  • Cell culture
  • Magnetic Tweezers
  • Atomic Force Microscopy
  • Surface Micro/Nano-patterning
  • Optical tweezers

Collaborations

  • Dr. Nils Gauthier
    Mechanobiology Institute, Singapore
  • Prof. Miguel Ángel del Pozo
    Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), Madrid
  • Prof. Marino Arroyo
    UPC, Barcelona
  • Prof. Ada Cavalcanti
    University of Heidelberg, Germany
  • Satyajit Mayor
    National Centre for Biological Sciences, Bangalore, India
  • Sergi Garcia-Manyes
    King’s College, London, UK
  • Cheng Zhu
    Georgia Tech, Atlanta, USA
  • Louise Jones
    Barts Cancer Institute, London, UK
  • Aránzazu del Campo
    INM Saarbrücken, Germany
  • Johan de Rooij and Patrick Derksen
    UMC Utrecht, the Netherlands 
  • Johanna Ivaska
    University of Turku, Finland 
  • Jacco van Rheenen
    Netherlands Cancer Institute, Netherlands 
  • Isaac Almendros and Ramon Farré
    UB, Barcelona
  • Marc Martí-Renom
    CNAG, Barcelona
     

Clinical collaborations

  • University Medical Centre Utrecht 
  • Vall d’hebron Institute of Oncology 

News

Un estudi liderat per investigadors de l’IBEC i publicat a la revista Nature Cell Biology demostra que l’aplicació de força mecànica al nucli cel·lular afecta al transport de proteïnes a través de la membrana nuclear. Aquesta acció controla els processos cel·lulars i podria exercir un paper clau en diverses malalties, com el càncer. Això implica un enfocament nou per a comprendre els aspectes de la invasió del càncer i la metàstasi, obrint portes a noves tècniques potencials tant diagnòstiques com terapèutiques.

Mecanotransducció: aplicació de la mecànica nuclear per a comprendre la salut i la malaltia

Un estudi liderat per investigadors de l’IBEC i publicat a la revista Nature Cell Biology demostra que l’aplicació de força mecànica al nucli cel·lular afecta al transport de proteïnes a través de la membrana nuclear. Aquesta acció controla els processos cel·lulars i podria exercir un paper clau en diverses malalties, com el càncer. Això implica un enfocament nou per a comprendre els aspectes de la invasió del càncer i la metàstasi, obrint portes a noves tècniques potencials tant diagnòstiques com terapèutiques.

Un equip d’investigadors de l’IBEC i de la UPC, dirigit per Pere Roca-Cusachs i Marino Arroyo, estudia com les proteïnes BAR, una família de molècules que s’uneixen a les membranes cel·lulars corbes, són capaces de remodelar-les. Els científics publiquen en la revista Nature Communications, a través d’experiments i models, la dinàmica d’aquests processos de remodelació de membranes que ocorren tant en cèl·lules normals com en escenaris de malalties.

Investigadors descobreixen com les membranes cel·lulars canvien la curvatura en funció de les proteïnes BAR

Un equip d’investigadors de l’IBEC i de la UPC, dirigit per Pere Roca-Cusachs i Marino Arroyo, estudia com les proteïnes BAR, una família de molècules que s’uneixen a les membranes cel·lulars corbes, són capaces de remodelar-les. Els científics publiquen en la revista Nature Communications, a través d’experiments i models, la dinàmica d’aquests processos de remodelació de membranes que ocorren tant en cèl·lules normals com en escenaris de malalties.

Investigadors liderats per Pere Roca-Cusachs apareixen a diferents mitjans pel seu estudi publicat en la prestigiosa revista Nature Communications que descobreix com la dinàmica de forces afecta les cèl·lules, i als teixits vius.

“L’estira i arronssa cel·lular”, protagonista també als mitjans

Investigadors liderats per Pere Roca-Cusachs apareixen a diferents mitjans pel seu estudi publicat en la prestigiosa revista Nature Communications que descobreix com la dinàmica de forces afecta les cèl·lules, i als teixits vius.

Investigadors liderats per Pere Roca-Cusachs a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) descobreixen com la dinàmica de forces afecta les cèl·lules i els teixits vius. Els resultats ajuden a entendre els processos mecànics crucials que es duen a terme en diferents malalties, com ara el càncer.

L’estira-i-arronsa cel·lular, clau en la resposta de l’organisme en processos com el càncer

Investigadors liderats per Pere Roca-Cusachs a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) descobreixen com la dinàmica de forces afecta les cèl·lules i els teixits vius. Els resultats ajuden a entendre els processos mecànics crucials que es duen a terme en diferents malalties, com ara el càncer.

Roger Oria guanya el XXIV Premi Claustre de Doctors de la Universitat de Barcelona (UB) per la seva tesi sobre mecanobiologia, una disciplina emergent que pot contribuir a identificar noves eines per frenar patologies que s’associen amb la rigidesa dels teixits, com per exemple, el càncer.  

Premi per a doctorat sobre mecanobiologia a l´IBEC

Roger Oria guanya el XXIV Premi Claustre de Doctors de la Universitat de Barcelona (UB) per la seva tesi sobre mecanobiologia, una disciplina emergent que pot contribuir a identificar noves eines per frenar patologies que s’associen amb la rigidesa dels teixits, com per exemple, el càncer.  

Xavier Trepat i Pere Roca-Cusachs, líders de grup a l’IBEC, apareixen a l’ABC explicant el seu projecte d’investigació que duran a terme gràcies al finançament de “la Caixa” com a part del programa «Health Research Call».

Bioenginyeria contra el càncer

Xavier Trepat i Pere Roca-Cusachs, líders de grup a l’IBEC, apareixen a l’ABC explicant el seu projecte d’investigació que duran a terme gràcies al finançament de “la Caixa” com a part del programa «Health Research Call».

Pere Roca-Cusachs, investigador principal de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i professor agregat de la Facultat de Medicina de la Universitat de Barcelona (UB), ha estat escollit per formar part de la prestigiosa EMBO, l’Organització Europea de Biologia Molecular, que agrupa alguns dels investigadors més brillants del món. Roca-Cusachs és un pioner en el camp de la mecanobiologia i l’estudi de com les forces físiques afecten processos com el càncer.

L’investigador Pere Roca-Cusachs entra al club de l’elit europea en biologia

Pere Roca-Cusachs, investigador principal de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i professor agregat de la Facultat de Medicina de la Universitat de Barcelona (UB), ha estat escollit per formar part de la prestigiosa EMBO, l’Organització Europea de Biologia Molecular, que agrupa alguns dels investigadors més brillants del món. Roca-Cusachs és un pioner en el camp de la mecanobiologia i l’estudi de com les forces físiques afecten processos com el càncer.

Jobs