El proceso mediante el cual las células son capaces de percibir su entorno está regulado por la detección de fuerzas, lo que contradice la idea de que son capaces de medir distancias. Esta es la principal conclusión de un estudio publicado en la revista ‘Nature’ en el que han participado los investigadores José Manuel García Aznar y Jorge Escribano Jiménez del grupo M2BE del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza. El trabajo ha sido liderado por el equipo de Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor de la Universidad de Barcelona, y tiene como primer autor al estudiante de doctorado Roger Oria.

Al tentón

"En nuestra investigación hemos determinado cómo las células detectan la posición de las moléculas (o ligandos) de su entorno, con precisión nanométrica", explica Roca-Cusachs. "Al adherirse a sus ligandos, las células aplican una fuerza que pueden detectar. Como esta fuerza depende de la distribución espacial de los ligandos, esto permite a las células tantear su entorno. De alguna manera, sería equivalente a reconocer la cara de alguien a oscuras siguiéndola con una mano, más que viendo la persona".

La interacción entre las células y sus ligandos (o microentorno celular) es esencial para mantener la función de cualquier tejido, y de hecho la detección de cambios en el entorno celular es fundamental en cualquier escenario donde haya una remodelación de tejido, como puede ser el desarrollo embrionario, la proliferación tumoral o el proceso con el cual se cierra una herida.

En el trabajo también se ha visto cómo, "en función de esta distribución de fuerzas de la célula se incide en la activación de la transcripción genética, fenómeno que determina qué genes se expresan", apunta Roger Oria, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Roca-Cusachs.

Hasta ahora se sabía que las células son capaces de percibir información espacial y física en la nanoescala. De hecho, se pensaba que eran capaces de "medir distancias" y por eso se había formulado la hipótesis de la existencia de algún tipo de molécula patrón que les ayudara en este proceso. Este trabajo ‘contradice’ esta hipótesis, afirma el investigador IBEC-UB, demostrando que las células tantean más que ven su entorno.

Modelo matemático

Los investigadores de la Universidad de Zaragoza han colaborado junto con investigadores del IBEC en la realización de un modelo matemático que explica cómo las células ejercen fuerza y se adhieren al sustrato en función de la rigidez de este y la distribución espacial de los puntos unión o ligandos. El modelo explica de qué forma la distribución de ligandos determina el crecimiento de la adhesión y cómo este crecimiento puede colapsar en función de la fuerza que la célula es capaz de ejercer y no de la propia distancia entre puntos de adhesión.

Para estudiarlo, los investigadores han desarrollado unos sustratos de geles blandos en los que se incorpora un patrón de nanoesferas de oro recubiertas de una proteína y cuya separación pueden controlar. La célula reconoce estas nanoesferas como un ligando y, por lo tanto, se puede medir de qué manera las células modulan la distribución de fuerzas y el número de ligandos a los cuales se adhieren en función de la densidad.

En este estudio han colaborado, entre otros, el I3A de la UZ, el Instituto Max Planck y la Universidad Heidelberg en Alemania. Este trabajo ha sido financiado por la Comisión Europea, el Ministerio de Economía y Competitividad de España, el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación Bancaria la Caixa, la Fundación la Marató de Tv3 y la Fundación Alemana de Ciencias.

Gracias a esta investigación, con este conocimiento más integrado de cómo detecta la célula su entorno, los investigadores han comprobado que modificando las condiciones del entorno de la célula (rigidez y distribución de los ligandos que forman la matriz extracelular) se puede controlar la respuesta de adherencia de la célula e, incluso, definir un rango en el cual la célula se adhiere y fuera del cual no lo hace. Este resultado, apunta Roca-Cusachs, puede ser especialmente relevante en procesos tumorales, dado que está bastante aceptado que una mayor rigidez está relacionada con una mayor activación de los oncogenes.