Padrões rítmicos e movimentos precisos - esses são os elementos-chave da natação adequada. Os olímpicos demonstram padrões repetidos de respiração, com cabeça sincronizada, movimentos de perna e braço, cativando os espectadores e provocando aplausos para ritmos recordes. Demonstrações comparáveis ​​desse padrão de repetição e uso de força também podem ser vistas em um nadador microscópico - a célula amebóide.

As formas de natação das células agora são previsíveis em novos níveis de precisão graças à modelagem 3D avançada. Pesquisadores Eric J. Campbell e Prosenjit Bagchi, do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Rutgers University, gerou um modelo 3-D de uma ameba praticando natação dirigida por pseudópodes. A pesquisa aparecerá na capa da edição deste mês da Física dos Fluidos .

As células amebóides têm citoesqueletos exclusivamente flexíveis, sem forma definida. Eles podem contrair e expandir seu sistema esquelético enquanto, simultaneamente, alteram a consistência de seu citoplasma, o plasma que envolve as organelas da célula. As células amebóides também se distinguem por sua capacidade de mobilidade impulsionada por pseudópodes. Pseudópodes, significando pés falsos, são projeções do corpo celular que podem crescer, divida ou retraia para fornecer locomoção. O movimento do pseudópode é mais complexo do que a maioria poderia esperar. Baseia-se em reações biomoleculares, deformação celular e o movimento do citoplasma e do fluido extracelular.

"Nesta pesquisa, combinamos um modelo de última geração para deformação celular com movimento de fluido intra e extracelular, e bioquímica de proteínas usando um modelo de formação de padrão dinâmico, "Campbell disse." Em seguida, usamos supercomputadores paralelos para prever o movimento da célula, e estudou seu comportamento variando a deformabilidade celular, viscosidade do fluido, e difusividade de proteínas. "

As células amebóides mostram uma unidirecionalidade na natação com uma mudança correspondente na dinâmica do pseudópode, causado por projeções que se tornam mais prevalentes na frente da célula. Esta unidirecionalidade é provavelmente causada por um aumento na velocidade de natação devido à orientação focada. Usando simulações de modelos de computador, os pesquisadores estudaram a natação celular variando a difusividade da proteína, elasticidade da membrana e viscosidade citoplasmática.

Modelar com precisão a natação de células amebóides apresentou uma série de desafios. “O modelo precisava ser capaz de resolver a deformação em três dimensões com alta precisão e sem qualquer instabilidade numérica, "Campbell disse. Bioquímica de proteínas, que cria a força locomotiva, teve que ser acoplado ao modelo. O movimento do fluido também teve que ser considerado. "Os fluidos intra e extracelulares podem ter propriedades diferentes, e o modelo deve levar em conta essas diferenças. "

Esses vários parâmetros foram integrados para otimizar a modelagem de locomoção celular, fornecendo novos, informações mais precisas sobre os mecanismos de locomoção. As células amebóides que demonstram essa motilidade impulsionada por pseudópodes podem oferecer informações sobre muitos processos biológicos. De acordo com Campbell, a mobilidade também é observada durante o desenvolvimento embrionário, cicatrização de feridas, resposta imune pelos glóbulos brancos, e células cancerosas metastáticas.