Científicos que se inspiran en las vibraciones de elefantes y arañas
Colaboración internacional para descubrir cómo se comunican las células mediante vibraciones
3/09/24
Organismos de todas las formas y tamaños se comunican haciendo vibrar la materia sólida de su entorno, y los primeros indicios sugieren que las células individuales de nuestro cuerpo podrían hacer lo mismo. Un equipo de investigadores de Israel, Reino Unido, Estados Unidos y España, con participación de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), ha recibido una subvención de 1,5 millones de dólares durante tres años del Human Frontier Science Program para estudiar este nuevo modo de comunicación entre células que puede resultar transformador. El proyecto reúne a expertos en mecanobiología celular, comunicación vibracional y modelización computacional para explorar si las células pueden transmitirse información entre sí a través de minúsculas vibraciones en el andamiaje de proteínas que las rodea.
Un equipo de investigadores de Israel, Reino Unido, España y Estados Unidos ha recibido una subvención de tres años y 1,5 millones de dólares del Human Frontier Science Program para estudiar la comunicación entre células a través de vibraciones (crédito de la imagen: Lesman lab).
El equipo de investigación está dirigido por Ayelet Lesman, profesora de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tel Aviv (Israel). Entre los coinvestigadores figuran Guy Genin, catedrático Harold y Kathleen Faught de Ingeniería Mecánica de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad de Washington en San Luis; Beth Mortimer, profesora asociada de Biología Animal de la Universidad de Oxford; y Ramón Zaera, catedrático del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.
“Estamos muy contentos de poder combinar nuestros diversos conocimientos para investigar esta cuestión de vanguardia”, dijo Lesman, investigador principal de la subvención. “Nuestros modelos preliminares sugieren que las células pueden comunicarse a distancias relativamente largas a través de movimientos dinámicos en la matriz extracelular, de forma similar a como las arañas perciben las vibraciones a través de sus telas. Pero esto nunca se había estudiado directamente”.
Mortimer, bióloga que estudia la comunicación vibracional en animales como arañas y elefantes, dirigirá el trabajo experimental para registrar y caracterizar las hipotéticas vibraciones generadas por las células mediante técnicas de vibrometría láser de última generación. “Estoy ansiosa por aplicar los enfoques de mi investigación sobre la comunicación animal a macroescala para escuchar a escondidas los susurros a nanoescala entre células”, afirma.
Las propiedades físicas medidas de las vibraciones se utilizarán en modelos computacionales dirigidos por Ramón Zaera para determinar cómo se propaga la señal a través de la matriz extracelular. “Los modelos de elementos finitos de materiales fibrosos de nuestro laboratorio están bien preparados para simular cómo la matriz extracelular, con su compleja arquitectura, conduce la información mecánica dinámica”, explica Zaera.
Por último, el equipo estudiará cómo las células detectan y responden a las señales vibratorias a nivel molecular mediante microscopía en directo y biomarcadores, asesorado por Genin, experto en mecanobiología celular. “A partir de mis investigaciones sobre cómo las células transducen fuerzas mecánicas diminutas durante la cicatrización de heridas y la fibrosis, preveo que estas vibraciones pueden activar vías de señalización mecanosensibles para coordinar el comportamiento celular”, dijo Genin.
Este nuevo modo de comunicación célula-célula, si se valida, podría tener importantes implicaciones para los procesos tanto sanos como patológicos que implican la interacción celular y el comportamiento colectivo, desde el desarrollo embrionario hasta la cicatrización de heridas y la metástasis del cáncer, señalaron los investigadores. “Si comprendemos el 'lenguaje' que utilizan las células para hablar entre sí a través de las vibraciones de la matriz extracelular, podremos identificar nuevas formas de promover la curación y bloquear las condiciones patológicas”, señaló Lesman. “Por ejemplo, potencialmente podríamos programar 'mensajes' para estimular la regeneración tisular, o bloquear señales que permitan la invasión de células tumorales”.
El programa de investigación consistirá en desarrollar nuevas técnicas para bioimprimir en 3D estructuras definidas de matriz celular que permitan controlar la distancia y la orientación entre células. El proyecto pretende demostrar que las células pueden generar, propagar y percibir información vibracional compleja a través de la matriz extracelular y dilucidar los parámetros clave de la célula y la matriz que rigen este proceso.
“Esta investigación interdisciplinar de alto riesgo y recompensa sólo es posible gracias a la colaboración internacional», afirmó Genin. «Combinando nuestros conocimientos complementarios, podemos perseguir esta apasionante hipótesis en la frontera de la mecanobiología celular de una forma que ninguno de nosotros podría hacer por sí solo. De aquí saldrá una investigación interesante, independientemente de que los experimentos acaben apoyando nuestra hipótesis”.
El equipo afirma que este trabajo puede abrir un nuevo paradigma para comprender y diseñar cómo las células coordinan sus actividades individuales en comportamientos colectivos, con posibles aplicaciones futuras en medicina regenerativa, terapia del cáncer y biología sintética.
“Estamos encantados de tener la oportunidad de trabajar juntos en este proyecto potencialmente revolucionario”, declaró Genin. “Y estamos muy agradecidos al Human Frontier Science Program por compartir nuestra visión de utilizar una ciencia innovadora e interdisciplinar para explorar una posible nueva vía de comunicación celular”.
