Pesquisadores da Universidade de Toronto, da Universidade Johns Hopkins e da Universidade Vanderbilt descobriram que certas células se movem surpreendentemente mais rápido em fluidos mais espessos – pense no mel em oposição à água, ou muco em oposição ao sangue – porque suas bordas eriçadas sentem a viscosidade do ambiente e adaptar para aumentar sua velocidade.
Seus resultados combinados em células cancerígenas e fibroblásticas – o tipo que geralmente cria cicatrizes nos tecidos – sugerem que a viscosidade do ambiente circundante de uma célula é um importante contribuinte para a doença e pode ajudar a explicar a progressão do tumor, cicatrizes em pulmões cheios de muco afetados por cística. fibrose e o processo de cicatrização de feridas.

O estudo, "Ruffling de membrana é um mecanosensor de viscosidade de fluido extracelular", publicado hoje na Nature Physics , lança nova luz sobre ambientes celulares, uma área de pesquisa pouco explorada.

“Esta ligação entre a viscosidade celular e a fixação nunca foi demonstrada antes”, diz Sergey Plotnikov, professor assistente do Departamento de Biologia Celular e de Sistemas da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto e coautor do estudo. . “Descobrimos que quanto mais espesso o ambiente ao redor, mais forte as células aderem ao substrato e mais rápido elas se movem – como andar em uma superfície gelada com sapatos com espinhos, versus sapatos sem aderência alguma”.

Entender por que as células se comportam dessa maneira surpreendente é importante porque os tumores cancerígenos criam um ambiente viscoso, o que significa que as células que se espalham podem se mover para os tumores mais rapidamente do que os tecidos não cancerosos. Como os pesquisadores observaram que as células cancerígenas se aceleram em um ambiente espesso, eles concluíram que o desenvolvimento de bordas franzidas nas células cancerígenas pode contribuir para a disseminação do câncer para outras áreas do corpo.

Por outro lado, direcionar a resposta de disseminação em fibroblastos pode reduzir o dano tecidual nos pulmões cheios de muco afetados pela fibrose cística. Como os fibroblastos eriçados se movem rapidamente, eles são o primeiro tipo de célula a se mover através do muco até a ferida, contribuindo para a cicatrização em vez da cicatrização. Esses resultados também podem implicar que, alterando a viscosidade do muco do pulmão, pode-se controlar o movimento celular.

"Mostrando como as células respondem ao que está ao seu redor e descrevendo as propriedades físicas dessa área, podemos aprender o que afeta seu comportamento e, eventualmente, como influenciá-lo", diz Ernest Iu, Ph.D. estudante do Departamento de Biologia Celular e de Sistemas da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto e coautora do estudo.

Plotnikov acrescenta:"Por exemplo, talvez se você colocar um líquido tão espesso quanto o mel em uma ferida, as células se moverão mais profundamente e mais rapidamente, curando-a com mais eficácia".

Plotnikov e Iu usaram técnicas avançadas de microscopia para medir a tração que as células exercem para se mover e as mudanças nas moléculas estruturais dentro das células. Eles compararam células cancerígenas e fibroblásticas, que têm bordas franzidas, com células com bordas lisas. Eles determinaram que as bordas das células eriçadas percebem o ambiente engrossado, desencadeando uma resposta que permite que a célula supere a resistência – as pregas se achatam, se espalham e se prendem à superfície circundante.

O experimento teve origem na Johns Hopkins, onde Yun Chen, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e principal autor do estudo, e Matthew Pittman, Ph.D. estudante e primeiro autor, foram os primeiros a examinar o movimento das células cancerosas. Pittman criou uma solução de polímero viscoso semelhante ao muco, depositou-a em diferentes tipos de células e viu que as células cancerígenas se moviam mais rapidamente do que as células não cancerosas ao migrar pelo líquido espesso. Para investigar ainda mais esse comportamento, Chen colaborou com Plotnikov da U of T, especializado em empurrar e puxar o movimento celular.

Plotnikov ficou surpreso com a mudança de velocidade que se transformou em um líquido espesso, semelhante a muco. "Normalmente, estamos olhando para mudanças lentas e sutis ao microscópio, mas podemos ver as células se movendo duas vezes mais rápido em tempo real e se espalhando para dobrar seu tamanho original", diz ele.

Normalmente, o movimento celular depende de proteínas de miosina, que ajudam os músculos a se contrair. Plotnikov e Iu raciocinaram que parar a miosina impediria que as células se espalhassem, mas ficaram surpresos quando as evidências mostraram que as células ainda aceleravam apesar dessa ação. Em vez disso, eles descobriram que as colunas da proteína actina dentro da célula, que contribui para a contração muscular, tornaram-se mais estáveis ​​em resposta ao líquido espesso, empurrando ainda mais a borda da célula.

As equipes agora estão investigando como retardar o movimento de células eriçadas em ambientes espessos, o que pode abrir as portas para novos tratamentos para pessoas afetadas por câncer e fibrose cística. + Explorar mais

As células se movem controlando a rigidez de suas vizinhas