En mecanobiología, las fuerzas de las células se consideran fundamentales para su función óptima, incluida la rápida migración. Pero un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis descubrió que las células pueden generar y usar menos fuerza pero se mueven más rápido que las células que generan y usan más fuerza, cambiando la vieja suposición de la fuerza. .
El laboratorio de Amit Pathak, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales, descubrió que grupos de células se mueven más rápido y con menos fuerza cuando se unen a superficies blandas con fibras de colágeno. Se cree que las células generan fuerzas constantes porque tienen que superar la fricción y el arrastre de su entorno para moverse. Sin embargo, este requisito tradicional de fuerzas puede reducirse en condiciones ambientales favorables, como en el caso de fibras unidas. Sus hallazgos, publicados en Biología Computacional PLoS El 9 de enero son los primeros en mostrar esta actividad en la migración celular colectiva.
Pathak y los miembros de su laboratorio han rastreado el movimiento de las células epiteliales mamarias humanas durante años, determinando que las células se mueven más rápido en superficies duras que en superficies blandas, donde se atascan. Su investigación tiene implicaciones para la metástasis del cáncer y la cicatrización de heridas.
En el nuevo estudio, encontraron que las células migraban un 50 por ciento más rápido en fibras de colágeno alineadas que en fibras aleatorias. Además, descubrieron que las células utilizan fibras adheridas como señales direccionales para guiar la migración hacia grupos en expansión.
“Pensamos que si se aplica una fuerza y no hay fricción, ¿pueden las células seguir moviéndose más rápido sin generar más fuerza?” dijo Pathak. “Descubrimos que probablemente depende del medio ambiente. Pensamos que serían más rápidos en fibras unidas como vías de ferrocarril, pero, sorprendentemente, en realidad generaban fuerzas menores y aún más rápido”.
Amrit Bagchi, quien obtuvo un doctorado en ingeniería mecánica de McKelvey Engineering en 2022 en el laboratorio de Pathak y ahora es investigador postdoctoral en el Centro de Ingeniería Mecanobiología de la Universidad de Pensilvania, realizó gran parte de la investigación para organizar la investigación. Bagchi creó un hidrogel blando en el laboratorio de Marcus Foston, profesor asociado de ingeniería energética, ambiental y química, durante varios meses durante la pandemia de COVID-19, y luego utilizó un imán especial en la Facultad de Medicina antes de implantar las células. . Es para seguir sus movimientos.
Bagchi desarrolló un modelo de embrague de motor de múltiples capas en el que los mecanismos generadores de fuerza en las células actúan como motor y el embrague proporciona tracción a las células. Bagchi modificó de manera experta el modelo para las células ensambladas usando tres capas (una para las células, otra para las fibras de colágeno y otra para el gel personalizado que se encuentra debajo) que interactúan entre sí.
“Aunque los resultados experimentales nos sorprendieron inicialmente, nos dieron el impulso para desarrollar un modelo teórico para explicar la física detrás de este comportamiento paradójico”, dijo Bagchi. “Con el tiempo, nos dimos cuenta de que las células utilizan fibras adheridas como sustituto para experimentar fuerzas de fricción que son significativamente diferentes del estado de las fibras aleatorias. Nuestros estudios de mecanodetección y transmisión de matrices. El concepto del modelo también predice otros comportamientos de migración colectiva bien conocidos, como como haptotaxis y durotaxis, ofreciendo a los científicos un marco unificador para explorar y potencialmente extender a otros fenotipos interesantes de migración celular”.
