Investigadores de la UPC y el IBEC descubren células superdeformables

Con cada latido del corazón y cada inspiración en los pulmones, las células de nuestro cuerpo experimentan de forma rutinaria grandes deformaciones. Estas deformaciones son aún más pronunciadas cuando las células se organizan para dar forma a nuestros órganos en la etapa embrionaria, o cuando invaden tejidos sanos a través de poros estrechos durante la metástasis del cáncer. Hasta ahora, el mecanismo que permitía a las células deformarse sin romperse era un misterio.

En su último artículo publicado esta semana en la revista científica Nature, la investigación del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), impulsada por la Fundación Bancaria “la Caixa”, y la UPC presenta una nueva propiedad física de las células, a la que denominan superelasticidad activa, que explica su capacidad inusual para soportar deformaciones extremas.

El equipo, dirigido por Marino Arroyo y Xavier Trepat, desarrolló una técnica para someter tejidos epiteliales (capas celulares delgadas que cubren las superficies internas y externas del cuerpo) a deformaciones muy grandes, hasta de cuatro veces su tamaño original. Estos tejidos son fundamentales para la vida, ya que protegen el cuerpo de la radiación, los contaminantes y de los patógenos. También son los responsables del intercambio de gases en los pulmones, la absorción de nutrientes en el intestino y la excreción de orina en los riñones.

“La mayoría de los materiales no toleran bien un gran estiramiento. A medida que se van deformando, intentan volver a su estado relajado inicial ─como una goma elástica─, pudiendo llegar a romperse cuando la tensión sea muy elevada”, explica el catedrático Marino Arroyo, investigador del grupo de Métodos Numéricos en Ciencies Aplicadas e Ingeniería (LaCàN) de la UPC e investigador asociado del IBEC. El equipo descubrió que los tejidos epiteliales tienen un comportamiento mecánico diferente e inusual. Para su sorpresa, los epitelios no se rompieron durante la deformación, y recuperaron su tamaño inicial de manera totalmente reversible al cesar la tensión. Pero lo menos previsible fue ver cómo algunas células del tejido apenas se deformaban, mientras que otras lo hacían de forma extrema, aumentando su área más de diez veces.

Los autores del estudio han identificado los mecanismos moleculares que explican este comportamiento físico, al que denominan "superelasticidad activa" en analogía con el comportamiento de algunas aleaciones metálicas de alta tecnología utilizadas en aplicaciones médicas. A medida que el tejido se estira, las células que lo componen tienen la habilidad de mantenerse en un estado relajado o bien cambiar hacia un estado súperdeformado sin que esto les cause ninguna “molestia”. Como consecuencia, estos tejidos pueden soportar una deformación creciente gracias a que sus células van cambiando progresivamente a su estado súperdeformado sin aumentar la tensión, lo que de otra forma comprometería la integridad o la cohesión del tejido.

“Todos estamos familiarizados con superhéroes como Ms. Marvel o Los Increíbles, que son capaces de deformar sus cuerpos más allá de los límites humanos. Es divertido pensar que nuestras células también son súper deformables. Estamos hechos de células superheroínas!”, afirma Xavier Trepat, investigador ICREA en el IBEC y profesor asociado en la UB. “Entender este sorprendente comportamiento mecánico de los tejidos epiteliales podría ayudarnos a desarrollar mejores órganos artificiales o nuevas tecnologías biónicas como los órganos-en-un-chip”, añade Ernest Latorre, del grupo Integrative Cell and Tissue Dynamics del IBEC y primer autor del estudio.

Este estudio ha recibido financiación del Ministerio de Economía y Competitividad (FEDER), de la Generalitat de Cataluña y del programa CERCA, del European Research Council (CoG-616480, CoG-681434, CoG-617233 y StG-640525), de la Comisión Europea (proyecto H2020-FETPROACT-01-2016-731957), del Instituto de Salud Carlos III del Deutsche ForschungGemeinschaft y de la Fundación Obra Social “la Caixa”. Nature

Artículo referenciado:
Ernest Latorre, Sohan Kale, Laura Casares, Manuel Gómez-González, Marina Uroz, Léo Valon, Roshna V. Nair, Elena Garreta, Nuria Montserrat, Aránzazu del Campo, Benoit Ladoux, Marino Arroyo & Xavier Trepat (2018). Active superelasticity in three-dimensional epithelia of controlled shape.

Imagen: Imagen de células superdeformadas rodeadas por otras mínimamente deformadas. El núcleo celular se muestra en azul, los filamentos de actina en rojo y los filamentos de queratina en verde.