Em muitas espécies, incluindo humanos, as células responsáveis ​​pela reprodução, as células germinativas, são frequentemente altamente interconectados e compartilham seu citoplasma. No nematóide hermafrodita Caenorhabditis elegans, até 500 células germinativas estão conectadas entre si na gônada, o tecido que produz óvulos e espermatozoides. Essas células estão dispostas em torno de um "corredor" citoplasmático central e trocam material citoplasmático, promovendo o crescimento celular, e, por fim, produzem oócitos prontos para serem fertilizados.

Em estudos anteriores, pesquisadores descobriram que as gônadas de C. elegans geram mais células germinativas do que o necessário e que apenas metade delas cresce para se tornar oócitos, enquanto o resto encolhe e morre por apoptose fisiológica, uma morte celular programada que ocorre em organismos multicelulares. Agora, cientistas do Centro de Biotecnologia da TU Dresden (BIOTEC), o Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular (MPI-CBG), o Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) na TU Dresden, o Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos (MPI-PKS), o Flatiron Institute, NOVA IORQUE, e a Universidade da Califórnia, Berkeley, encontraram evidências para responder à pergunta sobre o que desencadeia essa decisão do destino celular entre a vida e a morte na linhagem germinativa.

Estudos anteriores revelaram a base genética e os sinais bioquímicos que impulsionam a morte celular fisiológica, mas os mecanismos que selecionam e iniciam a apoptose em células germinativas individuais permaneceram obscuros. À medida que as células germinativas amadurecem ao longo da gônada do nematóide, eles primeiro crescem coletivamente em tamanho e volume de maneira homogênea. No estudo publicado recentemente em Física da Natureza , os cientistas mostram que esse crescimento homogêneo muda repentinamente para um crescimento heterogêneo, onde algumas células ficam maiores e outras menores.

O pesquisador Nicolas Chartier no grupo de Stephan Grill, e co-primeiro autor do estudo, explica, "Ao analisar com precisão os volumes de células germinativas e fluxos de material citoplasmático em vermes vivos e desenvolver modelos teóricos, identificamos uma instabilidade hidráulica que amplifica pequenas diferenças de volume aleatório inicial, o que faz com que algumas células germinativas aumentem de volume às custas de outras que encolhem. É um fenômeno, que pode ser comparado à instabilidade de dois balões, bem conhecido dos físicos. Essa instabilidade surge ao soprar simultaneamente em dois balões de borracha na tentativa de inflá-los. Apenas o balão maior vai inflar, porque tem uma pressão interna menor do que a menor, e, portanto, é mais fácil de inflar. "

É isso que está em jogo na seleção de células germinativas:tais diferenças de pressão tendem a desestabilizar a configuração simétrica com volumes iguais de células germinativas, as chamadas instabilidades hidráulicas, levando ao crescimento da célula germinativa maior em detrimento da menor. Reduzindo artificialmente os volumes de células germinativas por meio de bombeamento termoviscoso (método FLUCS:fluxo citoplasmático induzido por luz focada), a equipe demonstrou que a redução nos volumes das células leva à sua extrusão e morte celular, indicando que uma vez que uma célula está abaixo de um tamanho crítico, a apoptose é induzida e a célula morre.

Usando imagem confocal, os pesquisadores puderam obter imagens de todo o organismo do verme vivo para receber uma imagem global e precisa dos volumes de todas as células da gônada, bem como a troca de fluidos entre as células. Stephan Grill, Palestrante do Cluster de Excelência em Física da Vida (PoL) e orientador do trabalho multidisciplinar, adiciona, "Essas descobertas são muito empolgantes porque revelam que a decisão de vida ou morte nas células é de natureza mecânica e relacionada à hidráulica dos tecidos. Ajuda a entender como o organismo seleciona automaticamente uma célula que se tornará um ovo. Além disso, o estudo é outro exemplo da excelente cooperação entre biólogos, físicos e matemáticos em Dresden. "