Un equipo de investigación del IBEC, la Universidad de Barcelona (UB) y de varios grupos del CIBER-BBN en el IBEC y la Universidad de Zaragoza, ha creado un nuevo marco teórico y experimental que explica la durotaxis colectiva, un mecanismo de migración celular implicado en la progresión tumoral. Este nuevo marco les ha permitido descubrir similitudes entre gotas de líquido con movimiento activo y grupos de células, mostrando que la tensión superficial ayuda a las células a migrar hacia entornos más rígidos. Este hallazgo que contribuye a entender cómo las células cancerosas se propagan por tejidos con diferente rigidez, podría tener aplicaciones en la curación de heridas o en el control de la migración de células cancerosas.
El equipo de científicos ha investigado durante mucho tiempo la teoría de que el comportamiento de las células, los bloques fundamentales de nuestro cuerpo, puede explicarse a través de la física de las gotas de fluidos. Un reciente estudio realizado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y la Universidad de Barcelona ha aportado nueva información a este campo de investigación. Los resultados, publicados recientemente en la revista Nature Physics, demuestran que, la física que describe cómo una gota se mueve y moja activamente una superficie, también puede explicar cómo los grupos de células cancerosas migran de entornos blandos a más rígidos. Este descubrimiento podría ayudar a comprender cómo las células cancerosas se dispersan por el organismo.
Las células se desplazan por el organismo con diferentes propósitos: para crear nuevos órganos durante el desarrollo embrionario, para perseguir patógenos, y también para propagar tumores durante la metástasis. Se sabe que, para orientarse, las células pueden detectar señales mecánicas, como la rigidez de su entorno, y también que ciertas células migran de entornos más blandos a más rígidos, en un proceso conocido como durotaxis. La durotaxis es más eficiente cuando se hace de manera colectiva, es decir, cuando las células se mueven en grupo, pero la física detrás de la durotaxis colectiva todavía es poco conocida.
Un equipo de investigación coliderado por Xavier Trepat, profesor de investigación ICREA en el IBEC y miembro del CIBER-BBN, en colaboración con investigadores de la Universidad de Barcelona (UB), el Instituto Max Planck y Jesús Martínez de la Fuente del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) y miembro del CIBER-BBN, descubrieron que, a medida que el grupo de células cancerosas migraban a superficies más rígidas, las células primero se aceleraban, pero luego se ralentizaban, concluyendo que existe una rigidez óptima en la que las células migran más rápido. “También observamos que los grupos celulares adoptaban diferentes formas según la rigidez de la superficie”, explica Macià Pallarès, coautor del estudio durante su doctorado en el IBEC.
La mayoría de las teorías para comprender este comportamiento no tienen en cuenta la forma tridimensional del grupo de células, por lo que en este estudio se realizó un modelo 3D. Dadas las similitudes en la forma y el comportamiento entre los grupos de células y las gotas vivas, el equipo desarrolló una teoría de los grupos de células como gotas vivas que pueden propagarse y moverse sobre las superficies. "Usando la física de la tensión superficial, que es la fuerza que hace que las gotas de agua sean esféricas, pudimos explicar las formas y el movimiento de los grupos de células", comenta Irina Pi Jaumà, coautora del estudio e investigadora en el departamento de Física de la Materia Condensada de la Universitad de Barcelona, quien participó en el desarrollo de la teoría.
Este hallazgo muestra que la física del mojado, cuando se generaliza a los líquidos vivos, proporciona una forma de comprender la migración celular sin necesidad de tener en cuenta las complejidades de la comunicación célula-célula.
“Lo que proponemos es que este proceso, la durotaxis, que se definió en el campo de la biología celular, se puede explicar de forma bastante precisa con la física del mojado”, afirma Xavier Trepat, investigador ICREA en el IBEC.
Los hallazgos de este estudio tienen el potencial de conducir a nuevos tratamientos y terapias para pacientes con cáncer, al proporcionar una mejor comprensión de cómo migran y se propagan las células cancerosas.
Artículo referenciado:
Esteve Pallarès, M., Pi-Jaumà, I., Corina Fortunato, I., Grazu, V., Gómez-González, M., Roca-Cusachs, P., de la Fuente, J.M., Alert, R., Sunyer, R., Casademunt, J., & Trepat, X. Stiffness-dependent active wetting enables optimal collective cell durotaxis. Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01835-1
