Los investigadores han descubierto un mecanismo de comunicación intercelular que ayuda a explicar cómo los sistemas y acciones biológicas, que van desde un corazón que late hasta la capacidad de golpear un jonrón, funcionan correctamente la mayor parte del tiempo, y en algunos escenarios de manera bastante notable.
Los hallazgos son un avance básico importante en la forma en que funcionan los sistemas sensoriales celulares, arrojan luz sobre la interacción poco conocida entre las células, y también sugieren que parte del daño causado por las células cancerosas puede verse como un "fracaso paracomunicar."
El trabajo se informó hoy en Actas de la Academia Nacional de Ciencias por físicos de la Oregon State University y la Purdue University, realizado con el apoyo de la National Science Foundation y la Simons Foundation.
Los científicos saben desde hace tiempo que las células tienen varios tipos de habilidades sensoriales que son clave para su función, como la detección de luz, calor, señales nerviosas, daños, productos químicos u otras entradas.
En este proceso, un estímulo químico llamado ATP funciona como una molécula de señalización, que a su vez hace que los niveles de calcio en una célula aumenten y disminuyan, y le dice a la célula que es hora de hacer su trabajo, ya sea que esté enviando un impulso nervioso, ver un pájaro en vuelo o reparar una herida. Estos procesos de detección son fundamentales para la función de la vida.
"Hemos entendido durante algún tiempo los conceptos básicos de la función sensorial celular y cómo ayuda a una célula a responder a su entorno", dijo Bo Sun, profesor asistente de física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón, y un correspondienteautor en este estudio.
"La cuestión es que las células individuales no siempre reciben el mensaje correcto, su proceso sensorial puede ser ruidoso, confuso y cometen errores", dijo Sun. "Pero hay fuerza en los números y la capacidad sensorial colectiva de muchoslas células que trabajan juntas generalmente dan la respuesta correcta. Esta comunicación colectiva es esencial para la vida ".
En este estudio, los investigadores ayudaron a explicar cómo funciona eso para las células animales.
Cuando las células se encuentran, generalmente se forma un pequeño canal entre ellas que se denomina unión de huecos. A nivel individual, una célula en respuesta al ATP comienza a oscilar, parte de su llamado a la acción. Pero con comunicaciones mediadas por la unión de huecos, a pesar devariabilidad significativa en la detección de una célula a otra, la sensibilidad al ATP aumenta. La oscilación se recoge y se vuelve más uniforme.
Esta conversación interactiva continúa, y una preponderancia de células que reciben una sensación persuade a un número menor de células que informan una sensación diferente de que deben estar equivocadas. Al trabajar en comunicación y colaboración, la mayoría de las células finalmente deciden cuál es la entrada sensorial correcta., y la señal que se transmite es bastante precisa.
Con esta precisión de comunicación, las células en una cámara cardíaca deciden colectivamente que es hora de contraerse en el momento apropiado, y la sangre se bombea, decenas de veces por minuto, durante toda la vida. Las células neuronales envían señales precisas. Las células fotorreceptoras ven claramente.
Esta investigación se realizó con células de fibroblastos, que se utilizan en la curación de heridas, pero los resultados deberían aplicarse a muchos mecanismos de detección celular, dijeron los investigadores.
Las células cancerosas, por el contrario, son comunicadores deficientes. Este estudio demostró que resisten este proceso de comunicación colectiva, y cuando hay suficientes, el proceso comunicativo comienza a disminuir y descomponerse. Esto puede ser al menos uno de losformas en que el cáncer hace su daño biológico.
"Estos procesos de comunicación sensorial colectiva suelen ser precisos, pero a veces funcionan mejor que otros. Se cometen errores", dijo Sun. "Aun así, este proceso hace posible la vida. Y cuando todo sale bien, los resultados pueden ser notables"
Considere a un jugador de béisbol tratando de recibir un golpe, que Ted Williams llamó una vez "la cosa más difícil de hacer en el deporte". Un lanzador de grandes ligas lanza una bola rápida de 93 millas por hora, baja pero posiblemente un strike.
Las células fotorreceptoras en los ojos del bateador ven venir el tono. Algunas células lo ven como una curva en la tierra, y algunos lo confunden con un cambio, un tono más lento. Pero la mayoría de las células llegan a la conclusión correcta, esuna bola rápida en las rodillas, y corren la voz. Después de una extensa comunicación entre todas estas células, se llega a una conclusión y se envía el mensaje correcto a las neuronas en el cerebro.
Las células cerebrales, a su vez, envían una señal fuerte a través de los nervios a los músculos de todo el cuerpo del bateador, los hombros, las piernas y especialmente los brazos. Las señales llegan y una vez más se lleva a cabo un proceso de colaboración, decidiendo cuál es el mensaje ycómo reaccionar. Los iones de calcio en las células musculares se activan y se desencadena una respuesta brutalmente rápida pero precisa, balanceando el bate. Todo este proceso, desde la bola que sale de la mano del lanzador al contacto con el bate, toma menos de medio segundo.
En un día perfecto: el debate celular sobre el lanzamiento que venía fue lo suficientemente breve, el tiempo exacto, las contracciones musculares correctas: la pelota explota fuera del bate y navega sobre la cerca del jardín central.
En un día más realista, dado que los mejores bateadores del mundo solo tienen éxito 3 de cada 10 veces, la pelota rebota débilmente al segunda base para una salida fácil. Esto a su vez desencadena los gemidos colectivos de 30,000 fanáticos decepcionados.Pero el corazón tiene comunicación celular que continúa garantizando su latido normal, y el jugador vive para batear otro día.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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