Dilucidar las interacciones mecánicas de las células con su entorno
En el complejo mundo de la biología, la capacidad de las células para detectar y responder a las señales de su entorno es un proceso fundamental que determina el comportamiento celular. Estas señales regulan funciones básicas como la diferenciación, la proliferación y el movimiento celular. Lo curioso es que las células pueden incluso ajustar su comportamiento en respuesta a las propiedades mecánicas del sustrato que las rodea, como su rigidez. Son capaces de transducir estas fuerzas mecánicas en señales intracelulares a través del proceso de mecanosensibilidad(se abrirá en una nueva ventana). El sustrato circundante, o matriz extracelular(se abrirá en una nueva ventana) (MEC), comprende una intrincada red tridimensional de fibras que ofrece soporte estructural a las células. Al deformarse, las células que alberga la MEC detectan sus propiedades mecánicas. Este proceso no solo les ayuda a ajustar su comportamiento, sino que también puede afectar a las células vecinas que detectan estas deformaciones.
Comprender las interacciones de las células con la matriz extracelular
El objetivo del proyecto CellMechSensE, llevado a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) (MSCA, por sus siglas en inglés), era dilucidar los mecanismos subyacentes implicados en la interacción mecánica entre las células y la MEC circundante. El equipo del proyecto colaboró con Pierre Ronceray, de la Universidad Aix-Marsella, y con el grupo experimental de Ming Guo, del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Su trabajo se centró en las grandes fuerzas que las células pueden ejercer sobre la MEC y su efecto en el funcionamiento de la red circundante. «La investigación experimental de las interacciones mecánicas de las células con la MEC fue todo un reto, debido a las limitaciones para aplicar grandes fuerzas a escala local», explica Estelle Berthier, beneficiaria de una beca de investigación individual MSCA. Los investigadores descubrieron que la MEC mostraba una respuesta considerable cuando se aplicaban estas grandes fuerzas, ya que su rigidez aumentaba por cien. Este fenómeno, denominado «no linealidad elástica», generaba una respuesta mecánica compleja que, hasta el momento, no se había caracterizado correctamente. «En el proyecto se desarrolló un marco teórico e informático integral a fin de comprender la mecanosensibilidad celular dentro de la MEC», añade Berthier. Dicho marco permitió caracterizar la respuesta mecánica, las deformaciones de la MEC y la rigidez tras la detección celular de fuerzas mecánicas.
Un nuevo modelo de mecanosensibilidad
Uno de los hallazgos más sorprendentes fue que la respuesta no lineal local difería de la macroscópica, lo que indicaba la existencia de mecanismos fundamentalmente distintos. Esta distinción puso en entredicho los supuestos existentes y destacó la complejidad de la detección celular. El equipo del proyecto descubrió(se abrirá en una nueva ventana) asimismo que la respuesta mecánica de una sonda local es mucho más robusta y menos sensible al desorden de la red ante fuerzas considerables, donde entran en juego las no linealidades. Este resultado fue inesperado, ya que las no linealidades podrían haber exacerbado los efectos de esta alteración. Para interpretar estos descubrimientos y explicar cómo responde la MEC a las distintas fuerzas, los investigadores desarrollaron un innovador modelo de mecanosensibilidad no lineal. Al utilizar fuerzas mayores, una célula puede inducir deformaciones no lineales en regiones más extensas, lo que aumenta la rigidez de la red. En consecuencia, la célula se convierte en un dispositivo de detección mucho mayor y escudriña una región más extensa de la red. Al igual que con el aumento del tamaño del sondeo, la medición se hace más representativa de las propiedades generales de la MEC. Berthier comenta: «Casar las piezas de este rompecabezas y encontrar una explicación sobre cómo las células examinan y perciben su entorno fue el logro más relevante del proyecto». A la larga, esta investigación podría ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo las células coordinan su comportamiento a grandes distancias, así como sobre la implicación de las no linealidades locales en procesos patológicos como, por ejemplo, el crecimiento y la proliferación tumoral.
