Les cèl·lules són líquids que es comporten com a sòlids

romaricPRL_webCientífics de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) han descobert que, en contra del que es creia fins ara, les cèl·lules del nostre organisme es comporten d’una manera més semblada als sòlids que als líquids dels quals estan formades.

El líder d’aquesta recerca, Xavier Trepat, investigador principal del grup de Dinàmica integrativa de cèl·lules i teixits de l ‘IBEC i professor investigador ICREA, descriu aquesta troballa com “alguna cosa que entra en contradicció amb el que fins ara s’assumia de manera intuïtiva”. “Significa que necessitem utilitzar noves lleis físiques per entendre què ingredients necessita un fluid per comportar-se com un sòlid”, diu.

Read more…

Imatge: Una monocapa de cèl·lules epitelials mamàries humanes. El nucli de la cèl·lula (ADN) està marcat en blau, el citoesquelet està marcat en vermell (actina) i verd (miosina).

Aquest grup de recerca de l’IBEC, que focalitza la seva recerca en l’habilitat de les cèl·lules per migrar a l’interior dels organismes vius -un procés crucial que està implicat en un ampli rang de fenòmens del desenvolupament i de les malalties– ha publicat el seu descobriment en la revista Physical Review Letters.

El descobriment ha estat possible gràcies a una nova tècnica anomenada aute-reologia que els permet estudiar el comportament d’alguns materials vius a escales de temps molt lentes, la qual cosa resulta complex a causa que requereix aplicar forces controlades o deformacions per un llarg període de temps. Utilitzant aquesta tècnica, Xavier Trepat i els seus col·legues han detectat que les cèl·lules estan aplicant forces unes sobre altres de forma constant. “Amb aquesta habilitat natural de les cèl·lules, la d’empènyer-se i estirar-se unes a unes altres, no hem d’aplicar-los cap força addicional per estudiar-les, solament hem de deixar-les a elles fer-ho i llavors analitzar les forces i les deformacions resultants”, explica Romarinc Vincent, primer autor de l’article.

Els resultats es consideren sorprenents i nous perquè sempre s’havia pensat que les cèl·lules vives es comportaven com a líquids a escales de temps molt llargues, però els experiments demostren que es comporten com a sòlids. “No importa quant temps esperes, les cèl·lules mai flueixen” diu Xavier Trepat. “Quan s’aboca un líquid en un recipient, independentment de la seva densitat, tard o d’hora s’adaptarà a la seva forma, i quan se li aplica una força, com quan agites una tassa de cafè, flueix. No obstant això, els materials sòlids, com per exemple una banda elàstica o un moll, no flueixen, quan cessa la força externa aplicada tornen a la seva forma original”.

La clau es troba en el “comportament actiu” de les cèl·lules. La ciència dels materials tradicional no prediu aquest tipus de comportaments, perquè les cèl·lules no són materials tradicionals; són “materials actius”. A diferència dels materials comuns, les cèl·lules són capaces de consumir energia i transformar-la en una força, en un moviment o una deformació. Gràcies a la seva naturalesa activa, les cèl·lules poden eludir els dogmes establerts per la ciència de materials

La troballa canvia la forma en què pensem sobre processos com el desenvolupament embrionari o la cicatrització de ferides. “Quan un embrió es desenvolupa, o quan una ferida se cicatritza, les cèl·lules experimenten deformacions molt grans per adaptar-se a les noves formes” diu Xavier Trepat, qui creu que aquest descobriment incitarà a la comunitat científica a desenvolupar les lleis dels materials actius.

Romaric Vincent, Elsa Bazellieres, Carlos Perez-Gonzalez, Marina Uroz, Xavier Serra-Picamal and Xavier Trepat (2015). Active tensile modulus of an epithelial monolayer. Physics Review Letters, 115, 248103