Quando temos uma ferida em nossa pele, as células em nosso corpo se mobilizam rapidamente para repará-lo. Embora se saiba como as células curam feridas e como as cicatrizes se formam, uma equipe liderada por pesquisadores da Washington University em St. Louis determinou pela primeira vez como o processo começa, que pode fornecer uma nova visão sobre a cicatrização de feridas, fibrose e metástase de câncer.

O time, liderado por Delaram Shakiba, um pós-doutorado do NSF Science and Technology Center for Engineering Mechanobiology (CEMB) na McKelvey School of Engineering, descobriram a forma como os fibroblastos, ou células comuns no tecido conjuntivo, interagir com a matriz extracelular, que fornece suporte estrutural, bem como pistas bioquímicas e biomecânicas para as células. A equipe descobriu um processo recursivo que ocorre entre as células e seu ambiente, bem como estruturas nas células que eram anteriormente desconhecidas.

Os resultados da pesquisa foram publicados em ACS Nano em 28 de julho. Os principais autores do artigo são Guy Genin, o professor Harold e Kathleen Faught de Engenharia Mecânica na Escola de Engenharia McKelvey, e Elliot Elson, professor emérito de bioquímica e biofísica molecular da Faculdade de Medicina.

"Esforços clínicos para prevenir a progressão de doenças fibrocontráteis, como cicatrizes e fibrose, não tiveram muito sucesso, em parte porque os mecanismos que as células usam para interagir com as fibras de proteína ao seu redor não são claros, "Shakiba disse." Descobrimos que os fibroblastos usam mecanismos completamente diferentes nos estágios iniciais - e acho que os mais tratáveis ​​- dessas interações, e que suas respostas às drogas podem, portanto, ser o oposto do que seriam nos estágios posteriores. "

Genin, que é codiretor do CEMB, disse que o processo bloqueou os pesquisadores da mecanobiologia por algum tempo.

"Pesquisadores no campo da mecanobiologia pensaram que as células puxavam o colágeno da matriz extracelular alcançando longas saliências, agarrando e puxando de volta, - disse Genin. - Descobrimos que não era esse o caso. Uma célula tem que abrir caminho para fora do colágeno primeiro, então, em vez de agarrar, essencialmente atira fios de cabelo minúsculos, ou filopodia, pelas laterais de seus braços, puxa o colágeno dessa forma, então se retrai. "

Agora que eles entendem esse processo, Genin disse, eles podem controlar a forma que uma célula assume.

"Com nossos colegas do CEMB da Universidade da Pensilvânia, pudemos validar alguns modelos matemáticos para passar pelo processo de engenharia, e agora temos as regras básicas que as células seguem, ", disse ele." Agora podemos começar a projetar estímulos específicos para direcionar uma célula a se comportar de uma certa maneira na construção de uma estrutura de engenharia de tecido. "

Os pesquisadores aprenderam que podiam controlar a forma da célula de duas maneiras:primeiro, controlando os limites ao seu redor, e em segundo lugar, pela inibição ou regulação positiva de proteínas específicas envolvidas na remodelação do colágeno.

Os fibroblastos unem as bordas de uma ferida, fazendo com que se contraia ou feche. O colágeno nas células, então, remodela a matriz extracelular para fechar totalmente a ferida. É aqui que a mecanobiologia entra em jogo.

"Há um equilíbrio entre a tensão e a compressão dentro de uma célula que foi recentemente exposta a proteínas fibrosas, "Genin disse." Há tensão nos cabos de actina, e jogando com esse equilíbrio, podemos fazer essas saliências ficarem extremamente longas, "Genin disse." Podemos impedir que a remodelação ocorra ou podemos aumentá-la. "

A equipe usou uma técnica de mapeamento 3-D - a primeira vez que foi aplicada ao colágeno - junto com um modelo computacional para calcular a deformação 3-D e os campos de estresse criados pelas saliências das células. À medida que as células acumulam colágeno, a remodelação impulsionada pela tensão e o alinhamento das fibras de colágeno levaram à formação dos tratos de colágeno. Isso requer interações cooperativas entre as células, através do qual as células podem interagir mecanicamente.

"Novos métodos de microscopia, a engenharia de tecidos e a modelagem biomecânica aumentam muito a nossa compreensão dos mecanismos pelos quais as células modificam e reparam os tecidos que povoam, "Elson disse." Estruturas celulares fibrosas geram e guiam forças que comprimem e reorientam seu ambiente fibroso extracelular. Isso levanta novas questões sobre os mecanismos moleculares dessas funções e como as células regulam as forças que exercem e como elas governam a extensão da deformação da matriz. "

"A cicatrização de feridas é um ótimo exemplo de como esses processos são importantes do ponto de vista fisiológico, "Genin disse." Nós seremos capazes de descobrir como treinar as células para não compactar excessivamente o colágeno ao seu redor. "