Un área de investigación dentro de la mecanobiología, el estudio de cómo las fuerzas físicas influyen en los procesos biológicos, es la interacción entre las células y su entorno y cómo afecta su capacidad de crecimiento y propagación.
Muchos estudios han demostrado que la rigidez de la matriz extracelular, la red fibrosa de colágeno que rodea las células, promueve la movilidad celular; las células pueden agarrar mejor las superficies más rígidas y así invadir el tejido vecino.
Una nueva investigación realizada por científicos de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania está profundizando en esta relación, mostrando que la rigidez no es el único factor que los investigadores deben considerar al estudiar este proceso.
La relación entre la adhesión celular y la diseminación es un factor clave en la metástasis del cáncer. Una mejor comprensión de esta dinámica mejoraría el diagnóstico de la enfermedad y proporcionaría un objetivo potencial para combatirla; reducir la capacidad de las células para agarrar su entorno podría mantenerlas contenidas.
El estudio, publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , fue dirigido por Vivek Shenoy, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y codirector del Centro Penn de Ingeniería Mecanobiológica, junto con Xuan Cao y Ehsan Ban, miembros de su laboratorio. Colaboraron con Jason Burdick, profesor enel Departamento de Bioingeniería, Christopher Chen de la Universidad de Boston, Brendon Baker de la Universidad de Michigan y Yuan Lin de la Universidad de Hong Kong.
Esta colaboración refleja el trabajo de The Center for Engineering Mechanobiology, un Centro de Ciencia y Tecnología financiado por la National Science Foundation que apoya la investigación interdisciplinaria sobre la forma en que las células ejercen y son influenciadas por las fuerzas físicas en su entorno.
El trabajo previo del grupo de Shenoy demostró que la relación entre las células cancerosas y la matriz extracelular es dinámica y contiene mecanismos de retroalimentación que pueden cambiar las propiedades del ECM, incluida la rigidez general. Un estudio anterior investigó cómo las células cancerosas intentan lograr un equilibrio en eldensidad de la red fibrosa que los rodea. Si hay muy pocas fibras para agarrar, las células no pueden obtener suficiente tracción para moverse. Si hay demasiadas, los agujeros en la red se vuelven demasiado pequeños para que las células pasen.
Su investigación ha demostrado que la retroalimentación entre las células y la matriz extracelular da nueva forma a esta red de fibras y es un mecanismo clave en la propagación del cáncer. Sin embargo, los sistemas modelo existentes para observar este proceso en el laboratorio no capturan esta dinámica de retroalimentación.
Las células a menudo se cultivan en la parte superior de las películas de hidrogel. Estos geles son buenos para simular tejidos con diferentes niveles de rigidez, pero carecen de las fibras características de la matriz extracelular.
"Se cree ampliamente", dijo Shenoy, "que la rigidez es lo único que les importa a las células, pero estamos diciendo que hay otra dimensión en esto. Las células están constantemente tirando de lo que las rodea, pero", dijo Burdick, "cuando tiran de un material estático como un hidrogel, ese material no cambia su rigidez en respuesta".
Shenoy y sus colegas estaban interesados en los puntos donde las células realmente se unen a la matriz circundante, conocidas como adherencias focales. Desarrollaron un modelo de computadora que simula mejor cómo las células reclutan nuevos ligandos que eventualmente forman adherencias focales al alterar la geometría delfibras componentes de la matriz.
En su modelo, las células pueden cambiar las propiedades de la matriz circundante cuando tiran de ella. Específicamente, pueden romper los enlaces cruzados que mantienen las fibras juntas, permitiendo que las células cambien la densidad de la fibra cerca de sus bordes.
"Algunas fibras se acercan a las células, lo que aumenta la densidad del ligando. Esas son las partes a las que se pueden agarrar", dijo Shenoy. "Esto significa que la célula tiene más asas para agarrarse. Esto es lo que nosucederá si el modelo es estático "
Trabajando con Burdick y Chen, que tienen experiencia en la creación de hidrogeles tridimensionales personalizados y redes fibrosas con reticulación variada, el equipo de investigación realizó experimentos físicos para validar su modelo de computadora. Crearon los hidrogeles fibrosos a través de un proceso de electrohilado con fotocrosslinking posterior paraenlazar los polímeros juntos. Al crear hidrogeles fibrosos con diferentes niveles de reticulación, el equipo pudo demostrar que las células rodeadas por matrices con menos reticulaciones podían atraer mejor las fibras y aumentar el número de adherencias focales a su alrededor.
"Cuando estás diseñando una matriz sintética", dijo Burdick, "tienes un grado de control sobre varias propiedades del material. Por ejemplo, es posible ajustar la mecánica de la fibra alterando el nivel de reticulación dentro y entrelas fibras "
Una investigación adicional del grupo analizará las escalas de tiempo durante las cuales ocurren estos procesos dinámicos.
"La fisiología natural es extremadamente compleja", dijo Shenoy, "por lo que debemos dividirla en partes más pequeñas. A menos que obtenga estas piezas más pequeñas correctamente, el resto del modelo no será preciso".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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