Muchas células de nuestro cuerpo están en movimiento y de alguna manera parecen "saber" a dónde ir. Pero, ¿cómo aprenden la ubicación de su destino? Esta pregunta es clave para comprender fenómenos como la renovación de células en nuestro cuerpo,la migración de las células cancerosas, y especialmente cómo cicatrizan las heridas. Edouard Hannezo y su grupo en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria en colaboración con Tsuyoshi Hirashima y su estudiante en la Universidad de Kyoto proponen un nuevo modelo de transferencia de información en el que las célulasutilizar ondas viajeras de larga distancia de manera autoorganizada para cerrar una herida. Este estudio fue publicado recientemente en la revista Física de la naturaleza .
Los investigadores construyeron un modelo matemático para describir las interacciones dentro de una capa de células sobre un sustrato, similar a una capa de piel. Estas células contienen señalizadores químicos, proteínas, que les permiten detectar otras células a su alrededor, así que sison empujados o tirados, y para controlar su propio movimiento. Lo que los científicos encontraron es que la intrincada interacción del movimiento celular, la percepción del medio ambiente y los estados de activación de proteínas dentro de las células se combinan para crear ondas viajeras mecánicas y químicas acopladas en las quela información direccional está codificada.
bucles de retroalimentación
La onda mecánica aparece como regiones más densas y dispersas de células que se alternan en el espacio y el tiempo. La onda química aparece como actividad proteica y se desencadena por el movimiento celular y la retroalimentación mecánica. La química de las células, a su vez, impulsa los cambios de forma celular y el movimiento que cierra unbucle de retroalimentación con la mecánica celular. En este sistema acoplado, estas ondas mecánicas y químicas surgen espontáneamente debido a la retroalimentación y la amplificación.
En una capa normal de células sin heridas, estas ondas se propagan sin una dirección preferida, pero cuando se introduce una herida artificial en un lado, las ondas se reorientan para propagarse exclusivamente lejos de la herida. Por lo tanto, los investigadores plantearon la hipótesis de que las ondas podrían seruna herramienta de comunicación que permite a las células que están muy lejos de la herida, y por lo tanto, que no la "ven" directamente, detectar qué camino tomar.
Leyendo las olas
Una onda de densidad hace que los vecinos de una celda la empujen y la tiren en la dirección en la que viaja la onda. Dado que las fuerzas ejercidas sobre la celda son iguales y opuestas entre las crestas y valles de cada onda, el resultado es quela celda simplemente se mueve pequeñas distancias hacia adelante y hacia atrás sin ningún movimiento neto. De hecho, la celda no tiene forma de saber la dirección de la que proviene la onda y, por lo tanto, no tiene información sobre la ubicación de la herida.
Aquí es donde entra la segunda ola de actividad de las proteínas. Golpea la célula ligeramente después de la onda de densidad debido al retraso que tarda en activarse las proteínas. Y debido a que la actividad de las proteínas controla la velocidad a la que se mueven las células, un retrasoentre las dos ondas permite que las células se muevan rápidamente cuando son jaladas en la dirección de la herida y lentamente cuando son empujadas. De esta manera, las células pueden romper la simetría y comenzar a moverse en la dirección preferida hacia la herida.
Experimentos fuera de equilibrio
Los investigadores de la Universidad de Kioto observaron este comportamiento fuera de equilibrio de la cicatrización de heridas durante experimentos in vitro con células reales en un sustrato. Utilizaron una técnica de microscopía novedosa para permitirles medir la actividad de las proteínas dentro de cada célula: la proteína fue modificadade modo que se iluminaba cuando se activaba, lo que revelaba ondas de activación de proteínas que se propagaban por toda la capa celular. Los investigadores pudieron predecir cuantitativamente los patrones de ondas, que luego también observaron experimentalmente. Más sorprendentemente, también encontraron que el retraso entre las dos ondasestuvo cerca del óptimo teóricamente predicho para permitir que las células extraigan la máxima información de las ondas.
Este mecanismo de autoorganización es notable por permitir una comunicación de dirección robusta y espontánea a grandes distancias dentro de las capas celulares. Demuestra una forma en que el comportamiento coordinado puede surgir en nuestros cuerpos ayudándolos a sanar y crecer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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