Las células vivas deben alterar su forma externa activamente, de lo contrario, las funciones como la división celular no serían posibles. En la Universidad Técnica de Munich TUM, el profesor de biofísica Andreas Bausch y su equipo han desarrollado un modelo celular sintético para investigar los principios fundamentales dela mecánica celular subyacente.
Las células vivas no llevan una vida relajada: están constantemente ocupadas adaptando su forma física. Cuando se dividen, las células deben reestructurar masivamente su forma general. Cuando absorben material, su membrana externa debe deformarse fuertemente. Y cuando se mueven,primero deben decidir qué está adelante y qué está atrás antes de que sus motores moleculares incorporados se pongan en marcha, poniendo la célula en movimiento.
Las células son organismos vivos con todo tipo de funciones dinámicas. La capacidad de una célula para transformar su forma es decisiva. Durante la división celular, estos procesos juegan un papel importante, ya sea en la curación de heridas, el desarrollo embrionario o la propagación de células cancerosas en todo el cuerpo.
Las formas en que las células alteran espontáneamente sus formas usando solo unos pocos componentes son objeto de una investigación detallada por parte del equipo de investigación del biofísico Andreas Bausch, presidente de Cellular Biophysics en TU Munich y miembro de Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich.Los investigadores esperan que la reconstrucción les ayude a comprender mejor las funciones de los sistemas celulares complejos.
Modelo de celdas para investigaciones de mecánica celular
La capa externa de la célula modelo comprende una membrana lipídica de doble capa análoga a las membranas celulares naturales. Dentro de los investigadores colocaron biomoléculas que realizan funciones importantes en las células animales. En sus experimentos sobre la deformación de las células utilizaron filamentos de actina oblongos, quenormalmente se encuentran en el citoesqueleto.
Además, agregaron la proteína anilina, que facilita la unión de los filamentos de actina para impartir la estabilidad estructural de la célula, y la miosina como motor molecular, que las células necesitan para generar la energía necesaria para la deformación celular.
En su experimento, los investigadores analizaron en qué condiciones las células modelo sufren deformaciones espontáneas en las que la membrana del citoesqueleto adopta una forma cóncava o, en ciertas regiones, forma una protuberancia en forma de burbuja en un proceso denominado "ampollas"."Las fuerzas ejercidas sobre la forma externa de las células contrarrestan las fuerzas respectivas en la membrana lipídica.
"La interacción entre el citoesqueleto y la membrana celular es la clave de todos los cambios en la forma", dice Etienne Loiseau del grupo de trabajo de Bausch y autor principal del estudio actual. "Hasta la fecha, los citoesqueletos y las vesículas se observaron normalmente por separado. La interacción de estosapenas se investigaron dos componentes esenciales "
Centrándose en lo esencial
La celda modelo creada en el proyecto financiado por el Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich funciona con una pequeña cantidad de componentes. Las concentraciones respectivas de las proteínas involucradas pueden ajustarse según sea necesario y controlarse con precisión.
Bausch y sus colegas demostraron que las interacciones entre las proteínas en presencia de todos los demás componentes son la clave. Es solo a través de la interacción de los diversos componentes que emergen las funciones biológicas. Evidentemente, la concentración de componentes es decisiva para la formaen el que las células alteran su forma.
"Sorprendentemente, el mismo sistema de proteínas que afecta la protuberancia de las membranas ampollas conduce, en concentraciones ligeramente diferentes, simplemente a deformaciones extremas", dice Bausch. "Comprender las interacciones de las proteínas en contexto es esencial, es esencial.las acciones recíprocas de las proteínas que definen las funciones "
Comprender los mecanismos de acción
Aunque los biólogos lograron identificar las proteínas y los genes involucrados en elaborados experimentos biológicos y bioquímicos celulares, debido a la complejidad de las células generalmente no es posible comprender también los mecanismos fundamentales de acción ". Nuestro enfoque ascendente basado enel modelo celular sintético es útil para comprender y explicar relaciones funcionales importantes ", dice el profesor Bausch.
Hasta ahora, los experimentos sobre deformación celular solo funcionan en sistemas estáticos. En su próximo paso, los científicos esperan reconstruir también los procesos dinámicos. Quieren permitir la formación y dispersión de burbujas en la membrana del citoesqueleto como ocurre ennaturaleza, creando así células modelo artificiales que pueden existir y moverse de forma autónoma.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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