Las células utilizan la física para ser más resistentes

Un estudio del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) revela cómo las células evitan romperse durante las continuas deformaciones que sufren en la mayoría de procesos biológicos

Durante procesos biológicos críticos como el desarrollo embrionario, la respiración, el bombeo del corazón, la curación de heridas o el crecimiento de tumores, millones de células se estiran y se deforman para adaptarse a su entorno. La membrana que envuelve la célula, aunque rígida e inextensible, soporta todas estas deformaciones utilizando un sistema, hasta ahora desconocido, que evita su ruptura.

Investigadores del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), en colaboración con el Instituto de Mecanobiología de Singapur y la Universidad Politécnica de Barcelona (UPC), han descubierto cómo se produce este fenómeno, demostrando que cada vez que una célula se comprime o estira, forma o elimina pequeños pliegues en la membrana que evitan que se rasgue.

Lo fascinante de este sistema es su simplicidad: durante años, multitud de grupos de investigación en todo el mundo, han buscado complejos procesos bioquímicos y moleculares para explicar cómo se adapta la membrana. Este estudio, sin embargo, demuestra que aplicando las leyes de la física y la mecánica, las células pueden adaptarse hasta extremos impensados.

“Dado los continuos cambios de forma celular que ocurren en los procesos cancerígenos o durante la cicatrización de las heridas, las implicaciones que tiene este hallazgo son muy relevantes” dice Pere Roca-Cusachs, investigador principal del IBEC y profesor lector de la Universidad de Barcelona, que ha liderado el estudio. “El reto ahora es ver hasta qué punto esta nueva comprensión nos puede permitir interferir en la progresión de tumores, mejorar la regeneración de tejidos, o solucionar problemas en enfermedades respiratorias y cardiovasculares”, añade.

El estudio, que se publica en la revista Nature Communications, desvela cómo el área de la membrana celular puede aumentar o disminuir para acomodar la forma de la célula de forma prácticamente inmediata, lo cual es esencial en procesos vitales como la respiración o el latido del corazón.

“Para realizar este estudio, hemos comprobado la adaptación de las células después de cambiar su área (estirándolas) y su volumen (introduciendo agua en su interior mediante un choque osmótico)” dice Anita J. Kosmalska, investigadora del IBEC y primera autora del estudio. “En ambos casos, sin necesidad de tener en cuenta la complejidad biológica de las células, las leyes de la mecánica y la física por sí solas son capaces de explicar dónde se forman o eliminan pliegues, qué forma tienen, y cómo protegen la membrana celular de su ruptura”, añade.

—

Reference article: Anita Joanna Kosmalska, Laura Casares, Alberto Elosegui-Artola, Joseph Jose Thottacherry, Roberto Moreno-Vicente, Victor González-Tarrago, Miguel Angel del Pozo, Satyajit Mayor, Marino Arroyo, Daniel Navajas, Xavier Trepat, Nils C. Gauthier & Pere Roca-Cusachs (2015).“Physical principles of membrane remodelling during cell mechanoadaptation”. Nature Communications, 10.1038/ncomms8292

Imagen: Célula después de haber modificado su área y su volumen. En rojo se ven los pliegues que aparecen después del estiramiento, y en verde los que aparecen tras el choque osmótico. En recuadro inferior: zoom y vista vertical de los pliegues.