Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i la Universitat de Barcelona (UB) han creat un nou marc teòric i experimental que explica la durotaxi col·lectiva, un mecanisme de migració cel·lular implicat en la progressió tumoral. Aquest nou marc els ha permès descobrir similituds entre gotes de líquid amb moviment actiu i grups de cèl·lules, mostrant que la tensió superficial ajuda les cèl·lules a migrar cap a entorns més rígids. Aquest descobriment, que contribueix a entendre com les cèl·lules canceroses es propaguen per teixits amb diferent rigidesa, podria tenir aplicacions en la curació de ferides o en el control de la migració de cèl·lules canceroses.
Els científics han investigat durant molt de temps la teoria que el comportament de les cèl·lules, els blocs fonamentals del nostre cos, pot explicar-se a través de la física de les gotes de fluids. Un recent estudi realitzat per científics de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya i la Universitat de Barcelona ha aportat nova informació a aquest camp de recerca. Els resultats, publicats recentment a la revista Nature Physics, demostren que la física que descriu com una gota es mou i mulla activament una superfície també pot explicar com els grups de cèl·lules canceroses migren d’entorns tous a més rígids. Aquest descobriment podria ajudar a comprendre com les cèl·lules canceroses es dispersen per l’organisme.
Les cèl·lules es desplacen per l’organisme amb diferents propòsits: per crear nous òrgans durant el desenvolupament embrionari, per perseguir patògens, i també per propagar tumors durant la metàstasi. Se sap que, per orientar-se, les cèl·lules poden detectar senyals mecànics, com la rigidesa del seu entorn, i també que certes cèl·lules migren d’entorns més tous a més rígids, en un procés conegut com a durotaxi. La durotaxi és més eficient quan es fa de manera col·lectiva, és a dir, quan les cèl·lules es mouen en grup, però la física darrere de la durotaxi col·lectiva encara és poc coneguda.
Un equip de recerca coliderat per Xavier Trepat, professor de recerca ICREA a l’IBEC, en col·laboració amb investigadors de la Universitat de Barcelona (UB), l’Institut Max Planck i el CIBER-BBN, van descobrir que, a mesura que el grup de cèl·lules canceroses migraven a superfícies més rígides, les cèl·lules primer s’acceleraven, però després s’alentien, concloent que existeix una rigidesa òptima en la qual les cèl·lules migren més ràpidament. “També vam observar que els grups cel·lulars adoptaven diferents formes segons la rigidesa de la superfície”, explica Macià Pallarès, coautor de l’estudi durant el seu doctorat a l’IBEC.
La majoria de les teories per comprendre aquest comportament no tenen en compte la forma tridimensional del grup de cèl·lules, per la qual cosa en aquest estudi es va realitzar un model 3D. Ateses les similituds en la forma i el comportament entre els grups de cèl·lules i les gotes vives, l’equip va desenvolupar una teoria dels grups de cèl·lules com gotes vives que poden propagar-se i moure’s sobre les superfícies. “Fent servir la física de la tensió superficial, que és la força que fa que les gotes d’aigua siguin esfèriques, vam poder explicar les formes i el moviment dels grups de cèl·lules”, comenta Irina Pi –Jaumà, coautora de l’estudi i investigadora al departament de Física de la Matèria Condensada de la Universitat de Barcelona, qui va participar en el desenvolupament de la teoria.
Aquesta troballa mostra que la física del mullat, quan es generalitza en líquids vius, proporciona una forma de comprendre la migració cel·lular sense necessitat de tenir en compte les complexitats de la comunicació cèl·lula-cèl·lula.
“El que proposem és que aquest procés, la durotaxi, que es va definir en el camp de la biologia cel·lular, es pugui explicar de forma força precisa amb la física del mullat”, afirma Xavier Trepat, investigador ICREA a l’IBEC.
Les troballes d’aquest estudi tenen el potencial de conduir a nous tractaments i teràpies per a pacients amb càncer, en proporcionar una millor comprensió de com migren i es propaguen les cèl·lules canceroses.
Article referenciat:
Esteve Pallarès, M., Pi-Jaumà, I., Corina Fortunato, I., Grazu, V., Gómez-González, M., Roca-Cusachs, P., de la Fuente, J.M., Alert, R., Sunyer, R., Casademunt, J., & Trepat, X. Stiffness-dependent active wetting enables optimal collective cell durotaxis. Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01835-1
