Les cèl·lules utilitzen la física per ser més resistents

opcio 13_webUn estudi de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) revela com les cèl·lules eviten trencar-se durant les contínues deformacions que sofreixen en la majoria de processos biològics

Durant processos biològics crítics com el desenvolupament embrionari, la respiració, el bombament del cor, la curació de ferides o el creixement de tumors, milions de cèl·lules s’estiren i es deformen per adaptar-se al seu entorn. La membrana que embolica la cèl·lula, encara que rígida i poc flexible, suporta totes aquestes deformacions utilitzant un sistema, fins ara desconegut, que evita la seva ruptura.

Read more…

Cèl·lula després d’haver modificat la seva àrea i el seu volum. En vermell es veuen els plecs que apareixen després de l’estirament, i en verd els que apareixen després del xoc osmòtic. En requadre inferior: zoom i vista vertical dels plecs.

Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), en col·laboració amb l’Institut de Mecanobiologia de Singapur i la Universitat Politècnica de Barcelona (UPC), han descobert com es produeix aquest fenomen, demostrant que cada vegada que una cèl·lula es comprimeix o estira, forma o elimina petits plecs en la membrana que eviten que s’esquinci.

El més fascinant d’aquest sistema és la seva simplicitat: durant anys, multitud de grups de recerca a tot el món, han buscat complexos processos bioquímics i moleculars per explicar com s’adapta la membrana. Aquest estudi, no obstant això, demostra que aplicant les lleis de la física i la mecànica, les cèl·lules poden adaptar-se fins a extrems impensats.

“Donat els continus canvis de forma cel·lular que ocorren en els processos cancerígens o durant la cicatrització de les ferides, les implicacions que té aquesta troballa són molt rellevants” diu Pere Roca-Cusachs, investigador principal de l’IBEC i professor lector de la Universitat de Barcelona, que ha liderat l’estudi. “El repte ara és veure fins a quin punt aquesta nova comprensió ens pot permetre interferir en la progressió de tumors, millorar la regeneració de teixits, o solucionar problemes en malalties respiratòries i cardiovasculars”, afegeix.

L’estudi, que es publica avui en la revista Nature Communications, desvetlla com l’àrea de la membrana cel·lular pot augmentar o disminuir per acomodar la forma de la cèl·lula de forma pràcticament immediata, la qual cosa és essencial en processos vitals com la respiració o el batec del cor.

“Per realitzar aquest estudi, hem comprovat l’adaptació de les cèl·lules després de canviar la seva àrea (estirant-les) i el seu volum (introduint aigua en el seu interior mitjançant un xoc osmòtic)” diu Anita J. Kosmalska, investigadora de l’IBEC i primera autora de l’estudi. “En tots dos casos, sense necessitat de tenir en compte la complexitat biològica de les cèl·lules, les lleis de la mecànica i la física per si soles són capaces d’explicar on es formen o eliminen plecs, quina forma tenen, i com protegeixen la membrana cel·lular de la seva ruptura”, afegeix.

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