DONATE

Cellular and molecular mechanobiology

ABOUT

Tissues in our body can be extremely soft such as breast or brain, or very stiff such as bone. Cells in our body constantly interact mechanically with such tissues, exerting, transmitting, withstanding, and detecting forces. This mechanical interaction with the environment regulates how cells proliferate, differentiate, and move, and regulates development, tumorigenesis or wound healing. 

Our research aims at unraveling – and re-engineering – the molecular mechanisms by which cells 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. This molecular and cellular response to force constitutes the phenomenon of mechanotransduction. 

To study mechanotransduction, 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 Excelencia
Pere 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 
  • Louise Jones 
    Barts Cancer Institute, London, UK 
  • Aránzazu del Campo 
    INM Saarbrücken, Germany 
  • 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  
  • Marc Güell 
    UPF, Barcelona 
  • Francisco Real 
    CNIO, Madrid 
  • Jonas Ries 
    Max Perutz labs, Vienna 

Clinical collaborations

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

NEWS

Investigadores liderados por Pere Roca-Cusachs en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) descubren como la dinámica de fuerzas afecta a células, y a los tejidos vivos. Los resultados ayudan a entender los procesos mecánicos cruciales que se llevan a cabo en diferentes enfermedades como el cáncer.

El tira y afloja celular, clave en la respuesta del organismo en procesos como el cáncer

Investigadores liderados por Pere Roca-Cusachs en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) descubren como la dinámica de fuerzas afecta a células, y a los tejidos vivos. Los resultados ayudan a entender los procesos mecánicos cruciales que se llevan a cabo en diferentes enfermedades como el cáncer.

Roger Oria gana el XXIV Premio Claustro de Doctores de la Universidad de Barcelona (UB) por su tesis sobre mecanobiología, una disciplina emergente que puede contribuir a identificar nuevas herramientas para frenar patologías que se asocian con la rigidez de los tejidos, como por ejemplo, el cáncer.

Premio para doctorado sobre mecanobiología en el IBEC

Roger Oria gana el XXIV Premio Claustro de Doctores de la Universidad de Barcelona (UB) por su tesis sobre mecanobiología, una disciplina emergente que puede contribuir a identificar nuevas herramientas para frenar patologías que se asocian con la rigidez de los tejidos, como por ejemplo, el cáncer.

Xavier Trepat y Pere Roca-Cusachs, líderes de grupo en el IBEC, aparecen en el ABC explicando su proyecto de investigación que llevarán a cabo gracias a la financiación de «la Caixa» como parte del programa «Health Research Call».

Bioingeniería contra el cáncer en el «ABC»

Xavier Trepat y Pere Roca-Cusachs, líderes de grupo en el IBEC, aparecen en el ABC explicando su proyecto de investigación que llevarán a cabo gracias a la financiación de «la Caixa» como parte del programa «Health Research Call».

Los investigadores del IBEC Elena Martínez, Xavier Trepat y Pere Roca-Cusachs se proponen entender los procesos que promueven metástasis en cáncer colorrectal utilizando innovadoras herramientas de bioingeniería, como la bioimpresión y la microscopia capaz de revelar fuerzas a nivel celular. Los resultados se traducirán en un dispositivo que recreará el ambiente tumoral a partir de las células cancerosas derivadas de los propios pacientes, así como de una nueva tecnología que permita visualizar cómo las fuerzas físicas afectan a los núcleos de las células en metástasis.

Bioingeniería contra el cáncer: investigadores IBEC reciben financiación de La Caixa

Los investigadores del IBEC Elena Martínez, Xavier Trepat y Pere Roca-Cusachs se proponen entender los procesos que promueven metástasis en cáncer colorrectal utilizando innovadoras herramientas de bioingeniería, como la bioimpresión y la microscopia capaz de revelar fuerzas a nivel celular. Los resultados se traducirán en un dispositivo que recreará el ambiente tumoral a partir de las células cancerosas derivadas de los propios pacientes, así como de una nueva tecnología que permita visualizar cómo las fuerzas físicas afectan a los núcleos de las células en metástasis.

Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor agregado de la Facultad de Medicina de la Universidad de Barcelona (UB), ha sido elegido para formar parte de la prestigiosa EMBO, la Organización Europea de Biología Molecular, una red que agrupa a algunos de los investigadores más brillantes del mundo. Roca-Cusachs es un pionero en Europa en el campo de la mecanobiología y el estudio de cómo las fuerzas físicas afectan a procesos como el cáncer.

El investigador Pere Roca-Cusachs entra en la élite europea de biología

Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor agregado de la Facultad de Medicina de la Universidad de Barcelona (UB), ha sido elegido para formar parte de la prestigiosa EMBO, la Organización Europea de Biología Molecular, una red que agrupa a algunos de los investigadores más brillantes del mundo. Roca-Cusachs es un pionero en Europa en el campo de la mecanobiología y el estudio de cómo las fuerzas físicas afectan a procesos como el cáncer.

Tres proyectos en los que participa el IBEC han sido seleccionados para recibir financiación de La Marató 2018 «Contra el cáncer». Uno de los proyectos es liderado por el investigador Pere Roca-Cusachs y los otros dos son co-liderados por los investigadores Xavier Trepat y Núria Montserrat. La ceremonia de entrega de los diplomas acreditativos tuvo lugar el 30 de octubre en el Auditorio de la Academia de Ciencias Médicas y de la Salud de Cataluña y de Baleares. En esta edición se han escogido 43 proyectos de los 188 evaluados por un comité de expertos en cáncer de ámbito internacional, en función de su excelencia, metodología y relevancia.

El IBEC recibe financiación para tres proyectos de la mano de la Marató 2018

Tres proyectos en los que participa el IBEC han sido seleccionados para recibir financiación de La Marató 2018 «Contra el cáncer». Uno de los proyectos es liderado por el investigador Pere Roca-Cusachs y los otros dos son co-liderados por los investigadores Xavier Trepat y Núria Montserrat. La ceremonia de entrega de los diplomas acreditativos tuvo lugar el 30 de octubre en el Auditorio de la Academia de Ciencias Médicas y de la Salud de Cataluña y de Baleares. En esta edición se han escogido 43 proyectos de los 188 evaluados por un comité de expertos en cáncer de ámbito internacional, en función de su excelencia, metodología y relevancia.

Más de 60 personas asistieron a la escuela de verano «Mecanobiología del Cáncer 2019» organizada por el IBEC, puesto que el centro es el coordinador del proyecto Mechano·Control. La escuela de verano se celebró en Prullans, un pequeño pueblo ubicado en los Pirineos catalanes entre el 17 y el 21 de septiembre. El evento fue un gran éxito tanto en participación como a nivel científico. El objetivo de la escuela de verano era proporcionar capacitación en mecanobiología, y específicamente su aplicación al cáncer de mama, y promover las interacciones entre profesionales del campo. La escuela incluyó conferencias y talleres prácticos sobre diferentes técnicas y disciplinas, desde la biomecánica hasta la biología del cáncer. El proyecto Mechano·Control, coordinado por Pere Roca-Cusachs, investigador principal del IBEC, es el mayor proyecto europeo coordinado la institución hasta la fecha.

Gran éxito de la escuela de verano “Mecanobiología del Cancer 2019” organizada por el proyecto Mechano·Control

Más de 60 personas asistieron a la escuela de verano «Mecanobiología del Cáncer 2019» organizada por el IBEC, puesto que el centro es el coordinador del proyecto Mechano·Control. La escuela de verano se celebró en Prullans, un pequeño pueblo ubicado en los Pirineos catalanes entre el 17 y el 21 de septiembre. El evento fue un gran éxito tanto en participación como a nivel científico. El objetivo de la escuela de verano era proporcionar capacitación en mecanobiología, y específicamente su aplicación al cáncer de mama, y promover las interacciones entre profesionales del campo. La escuela incluyó conferencias y talleres prácticos sobre diferentes técnicas y disciplinas, desde la biomecánica hasta la biología del cáncer. El proyecto Mechano·Control, coordinado por Pere Roca-Cusachs, investigador principal del IBEC, es el mayor proyecto europeo coordinado la institución hasta la fecha.

Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), ha ganado el premio Investigador Joven 2019 por sus contribuciones en el campo de la mecano biología. El premio lo otorga la European Biophysical Societies Association (EBSA). La asociación EBSA otorga este premio cada dos años, el último ganador del premio fue Philipp Kukura de la universidad de Oxford, en el Reino Unido en 2017. El premio reconoce a un investigador que haya defendido su tesis hace menos de 12 años de cualquier lugar en Europa al que se le concede un premio de 2000 € y una medalla, además podrá contribuir con un artículo al European Biophysics Journal.

Pere Roca gana el premio Investigador Joven de EBSA

Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), ha ganado el premio Investigador Joven 2019 por sus contribuciones en el campo de la mecano biología. El premio lo otorga la European Biophysical Societies Association (EBSA). La asociación EBSA otorga este premio cada dos años, el último ganador del premio fue Philipp Kukura de la universidad de Oxford, en el Reino Unido en 2017. El premio reconoce a un investigador que haya defendido su tesis hace menos de 12 años de cualquier lugar en Europa al que se le concede un premio de 2000 € y una medalla, además podrá contribuir con un artículo al European Biophysics Journal.

JOBS