Investigadors de la UPC i de l'IBEC descobreixen cèl·lules superdeformables

+
Descarregar

Imatge de cèl·lules superdeformades envoltades per unes altres mínimament deformades. El nucli cel·lular es mostra en blau, els filaments d'actina en vermell i els filaments de queratina en verd

+
Descarregar

D’esquerra a dreta, els investigadors Ernest Latorre, Marino Arroyo i Xavier Trepat

Una de les habilitats més envejables dels superherois és la seva capacitat per estirar els seus cossos més enllà dels límits imaginables. En un estudi publicat a la revista 'Nature', científics de la UPC i de l'IBEC han descobert el mecanisme que explica com les nostres cèl·lules poden fer precisament això: deformar-se de forma extrema sense trencar-se.

01/11/2018

Amb cada batec del cor i cada inspiració dels pulmons, les cèl·lules del nostre cos experimenten de forma rutinària grans deformacions. Aquestes deformacions són encara més pronunciades quan les cèl·lules s’organitzen per donar forma als nostres òrgans en l'etapa embrionària, o quan envaeixen teixits sans a través de pors estrets durant la metàstasi del càncer. Fins ara, el mecanisme que permet a les cèl·lules deformar-se sense trencar-se era un misteri.

En un article publicat aquesta setmana a la revista científica de referència Nature, la investigació de l’IBEC, impulsada per la Fundació Bancària “la Caixa”, i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) presenta una nova propietat física de les cèl·lules, que denominen superelasticitat activa, que explica la seva capacitat inusual per suportar deformacions extremes.

L'equip, dirigit per Marino Arroyo i Xavier Trepat, ha desenvolupat una tècnica per sotmetre teixits epitelials (capes cel·lulars primes que recobreixen les superfícies internes i externes del cos) a deformacions molt grans, fins a quatre vegades la seva mida original. Aquests teixits són fonamentals per la vida, ja que protegeixen el cos de la radiació, dels contaminants i dels patògens. També són els responsables de l'intercanvi de gasos als pulmons, de l'absorció de nutrients a l'intestí i de l'excreció d'orina als ronyons.
 
“La major part dels materials no toleren bé un gran estirament. A mesura que es van deformant, intenten tornar al seu estat relaxat inicial - com una goma elàstica -, amb la possibilitat d’arribar a trencar-se quan la tensió sigui molt elevada", afirma el catedràtic Marino Arroyo, investigador del grup de recerca de Mètodes Numèrics en Ciències Aplicades i Enginyeria (LaCàN) de la UPC i investigador associat de l’IBEC. L'equip ha descobert que els teixits epitelials tenen un comportament mecànic diferent i inusual. Sorprenentment, els epitelis no es van trencar durant la deformació, i van recuperar la seva mida inicial de manera totalment reversible en cessar la tensió. Però el menys previsible de tot va ser observar com algunes cèl·lules del teixit amb prou feines s'estiraven, mentre que d’altres ho feien de forma extrema fins augmentar la seva àrea més de deu vegades.
 
Els autors han identificat els mecanismes moleculars que expliquen aquest comportament físic, que han anomenat superelasticitat activa, en analogia amb el comportament d'alguns aliatges metàl·lics d'alta tecnologia utilitzats en aplicacions mèdiques. A mesura que el teixit s'estira, les cèl·lules que el componen tenen l'habilitat de mantenir-se en un estat relaxat o bé de canviar cap a un estat superdeformat sense que això els causi cap “molèstia”. En conseqüència, aquests teixits poden suportar una deformació creixent gràcies al fet que les seves cèl·lules van canviant progressivament cap al seu estat superdeformat sense augmentar la tensió, cosa que si fos d'una altra manera comprometria la integritat o la cohesió del teixit.

“Tots estem familiaritzats amb superherois com Ms. Marvel o Els Increïbles, que són capaços de deformar els seus cossos més enllà dels límits humans. És divertit pensar que les nostres cèl·lules també són superdeformables. Estem fets de cèl·lules superheroïnes!”, explica Xavier Trepat, investigador ICREA a l’IBEC i professor asociat a la UB. “Entendre aquest sorprenent comportament mecànic dels teixits epitelials podria ajudar-nos a desenvolupar millors òrgans artificials o noves tecnologies biòniques com els òrgans-en-un-xip”, afageix Ernest Latorre, del grup Integrative Cell and Tissue Dynamics de l’IBEC i primer autor de l'estudi.
 
Aquest estudi ha rebut finançament del Ministeri d'Economia i Competitivitat (FEDER), de la Generalitat de Catalunya i del programa CERCA, de l’European Research Council  (CoG-616480, CoG-681434, CoG-617233 i StG-640525), de la Comissió Europea (projecte H2020-FETPROACT-01-2016-731957), de l’Instituto de Salud Carlos III, del Deutsche Forschung Gemeinschaft i de la Fundació Obra Social “la Caixa”.

Article referenciat:
Ernest Latorre, Sohan Kale, Laura Casares, Manuel Gómez-González, Marina Uroz, Léo Valon, Roshna V. Nair, Elena Garreta, Nuria Montserrat, Aránzazu del Campo, Benoit Ladoux, Marino Arroyo & Xavier Trepat (2018). Active superelasticity in three-dimensional epithelia of controlled shape. Nature.