Los cuerpos humanos tienen algunos sistemas integrados para cuidarse a sí mismos. Las células que recubren nuestros pulmones, nariz, cerebro y sistema reproductivo tienen cilios, que son estructuras diminutas parecidas a pelos diseñadas para barrer fluidos, células y microbios para permanecersaludables. Pero los mecanismos detrás de su movimiento no se comprenden bien.
Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey y la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis quería determinar cómo la longitud afectaba la eficiencia mecánica de los cilios al batir. Descubrieron que la mayoría de las métricas mecánicas, incluidas la fuerza, el par y la potencia, aumentó en proporción a la longitud de los cilios, pero hubo un "punto óptimo" en términos de eficiencia. Los hallazgos dan una idea de los cilios en humanos y cómo los defectos conducen a enfermedades, como la discinesia ciliar primaria, que se asocia con enfermedades crónicasinfecciones respiratorias, cambios en el eje derecho-izquierdo y defectos cardíacos. Los resultados se publicarán en la edición del 9 de abril de Diario biofísico .
El estudio fue dirigido por Mathieu Bottier, investigador postdoctoral en el laboratorio de Philip Bayly, profesor de Ingeniería Mecánica Lilyan & E. Lisle Hughes y presidente del Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales; y el laboratorio de Susan K.Dutcher, profesor de genética y de biología y fisiología celular en la Facultad de Medicina. Los investigadores utilizaron microscopía de video de alta velocidad para analizar un modelo de cilios para determinar sus métricas mecánicas. Después de analizar casi 400 videos, el equipo encontró que el más eficienteel latido de los cilios era en su longitud natural de 10-12 micrones, o aproximadamente una quinta parte del ancho de un cabello humano.
"Algo que no esperábamos es que los cilios cortos no fueran periódicos", dijo Bottier. "Todos los cilios se están moviendo, pero no encontramos un patrón real de latidos, nada estaba sincronizado, y ese fue nuestro primer descubrimiento. "
El equipo usó Chlamydomonas reinhardtii, un alga verde unicelular que normalmente nada con dos colas propulsoras y se usa con frecuencia como modelo para cilios de mamíferos. Bottier y Kyle Thomas, un estudiante de pregrado con especialización en ingeniería biomédica, usaron un mutante consolo un cilio que gira en su lugar, lo que permite una grabación de video más larga. Quitaron el cilio y luego grabaron el recrecimiento en video. El cilio tardó unos 90 minutos en volver a su longitud normal, y aunque su forma de onda varió ligeramente de la de los cilios estándar, sus características clave eran similares.
"Queríamos ver el latido del cilio, lo cual hicimos con el video", dijo Bottier. "Luego preguntamos cómo podríamos describirlo, y la mejor manera fue observar el latido promedio. Grabamos cinco o seis ciclosde batir que se repiten periódicamente, y de esos cinco o seis, podemos reconstruir un promedio, lo que eliminará los eventuales valores atípicos ".
El latido del cilio tiene lugar a través de una serie de curvas que comienzan en su base y se extienden hasta la punta. El equipo descubrió que el latido periódico comienza cuando los cilios se vuelven más largos de dos a cuatro micrones, lo que significa que es necesaria una longitud crítica para elcilios para batir. En investigaciones anteriores, los científicos no habían estudiado los cilios de menos de cinco o seis micrones, dijo Bottier. Otra nueva observación es que la frecuencia de los latidos en los cilios que latían periódicamente es bastante consistente en el rango normal de longitud de los cilios, aunque disminuyeligeramente a medida que la longitud aumenta de cuatro micrones a 12 micrones, dijo Bayly.
Este trabajo puede ayudar a comprender las mutaciones humanas que acortan los cilios y cómo los cilios cortos afectarán el resultado del paciente, dijo Dutcher.
Thomas dijo que la investigación proporciona una mejor comprensión de cómo operan los cilios y qué causa las oscilaciones.
"Hay muchos modelos diferentes presentados sobre lo que impulsa este patrón de flexión, por lo que este estudio ayudó a aprender qué modelos son más precisos y cuáles pueden tener inexactitudes, para que podamos entender cuando hay una disfunción de los cilios, qué la causa porqueeso podría provocar algunas conversaciones sobre cómo lo tratamos ", dijo Thomas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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