Las estructuras ramificadas en forma de árbol se encuentran en todas partes del cuerpo humano, desde el sistema bronquial en los pulmones hasta los capilares en forma de araña que suministran sangre a las extremidades. Los investigadores han trabajado durante mucho tiempo para comprender la señalización celular necesaria para construir estas intrincadas estructuras, pero nuevasLa investigación sugiere que la física simple puede desempeñar un papel subestimado.
La investigación, publicada en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , muestra que bajo ciertas circunstancias, las células epiteliales humanas se comportan de acuerdo con las reglas de agregación limitada por difusión, una teoría que explica el autoensamblaje de partículas suspendidas en un líquido. El estudio mostró que las células cultivadas en densidades escasas y cantidades bajas deLos factores de crecimiento se organizan en grupos ramificados similares a fractales. Los fractales patrones en los que las subsecciones diminutas se ven iguales al conjunto tienen casi las dimensiones exactas predichas por la agregación limitada por difusión.
"Lo que es notable para mí es que tienes esta elegante teoría física que describe la agregación de partículas pegajosas que se mueven al azar y también explica el comportamiento de las células en migración", dijo Ian Y. Wong, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Brown yautor principal del artículo. "En realidad, las células son entidades complicadas con muchas formas de enviar y recibir señales, pero en este caso parecen seguir las mismas reglas que las partículas no vivas mucho más simples".
Los hallazgos podrían ofrecer información sobre la formación de estructuras ramificadas en el cuerpo, así como otros procesos biológicos clave, dijo Susan E. Leggett, actualmente investigadora postdoctoral en la Universidad de Princeton y autora principal del estudio.
?? "Creemos que esto podría potencialmente decirnos algo sobre la formación de tejidos, la curación de heridas, la invasión del cáncer y otros procesos en los que las células en movimiento se organizan en tejidos multicelulares", dijo Leggett, quien realizó el trabajo como estudiante de doctorado enpatobiología en Brown.
Cuando comenzó la investigación, Leggett estaba pensando en una pregunta muy diferente. Quería aprender más sobre cómo se comportan las células cuando están solas, lejos de la influencia de sus vecinos. Está interesada en un proceso conocido comola transición epitelial a mesenquimal EMT en la que las células epiteliales agrupadas se transforman en células mesenquimales más móviles. La transición tiende a ocurrir cuando las células se aíslan unas de otras.
"Mi motivación original para sembrar células en estas condiciones de factor de crecimiento bajo era mantenerlas en un entorno de baja densidad para que pudiéramos estudiar EMT", dijo Leggett. "No anticipamos que las células sufrirían esta agregación, que es casi el proceso inverso ".
Las células en los cultivos de baja densidad se movieron aleatoriamente hasta que entraron en contacto con otra célula, momento en el que las células se pegaron y dejaron de moverse. En el transcurso de unos días, las células agrupadas se ensamblaron en ramas largas.como estructuras que eran "sorprendentemente reminiscentes de estructuras fractales asociadas con la agregación limitada por difusión", escribieron los investigadores.
Un análisis adicional mostró que la dimensión fractal de los grupos de células una medida de cuán densamente empaquetadas están las ramas resultó en alrededor de 1.7, que es precisamente la dimensión fractal medida experimentalmente y predicha teóricamente para la agregación de partículas limitada por difusión.
El hecho de que las células formaran estructuras tan similares a las de la materia inanimada podría ser útil para comprender cómo y por qué las arquitecturas ramificadas son tan prominentes en biología, dijeron los investigadores.
"Una mejor comprensión de estos comportamientos colectivos puede permitir aún más nuevas reglas de diseño para que las células de programación se ensamblen en arquitecturas de tejidos más grandes", dijo Wong.
El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud T32ES007272, P30GM110759, R21CA212932. Otros coautores del artículo fueron Zachary J. Neronha, Dhananjay Bhaskar, Jea Yun Sim y Theodora Myrto Perdikari.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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