As células epiteliais são os minúsculos escudos que revestem e protegem nosso corpo. Em um embrião em desenvolvimento, as células epiteliais crescem, se dividem e se posicionam para formar as camadas externas da nossa pele e as superfícies dos nossos órgãos e vasos sanguíneos. Quando arranhamos a pele, sofremos uma laceração interna ou passamos por uma cirurgia, as células epiteliais migram para o local da lesão para cicatrizar a ferida. E quando as células epiteliais se descontrolam, podem se tornar malignas e se espalhar pelo corpo, causando câncer. 

Engenheiros do MIT descobriram que, ao migrarem, as células epiteliais podem se sincronizar e pulsar coletivamente. Em um estudo publicado hoje no periódico Newton , os pesquisadores relatam ter observado grupos de células epiteliais se movendo repetidamente para dentro e para fora, como um círculo de dançarinos que se juntam e se separam. 

A equipe mediu essa pulsação rítmica coletiva em diferentes tipos de células epiteliais, incluindo células saudáveis, células de tumores benignos e células cancerosas. 

Surpreendentemente, eles descobriram que as células epiteliais malignas eram mais persistentes em sua sincronização, pulsando juntas por duas vezes mais tempo do que as células saudáveis. Não está claro por que as células se sincronizam dessa maneira. Mas os pesquisadores suspeitam que essa dança celular possa servir como um sinal clínico.

“As células cancerígenas mais agressivas tendem a ter um ritmo mais constante e persistente em comparação com as células saudáveis”, afirma Ming Guo, professor de engenharia mecânica do MIT e autor do estudo. “Acreditamos que essa coordenação possa servir como um sinal de alerta precoce da probabilidade de um tumor se espalhar. As mesmas ondas coordenadas podem ajudar a moldar embriões durante o desenvolvimento e a cicatrizar feridas após uma lesão.”

O estudo inclui o primeiro autor e ex-aluno de pós-graduação do MIT, Wenhui Tang SM '20, PhD '24; Mehrana Nejad e L. Mahadevan, da Universidade de Harvard; e Adrian Pegoraro, do Centro de Pesquisa em Metrologia do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá. 

Ao estudar como as células epiteliais se organizam e se desenvolvem em órgãos e tecidos inteiros, os cientistas têm se concentrado principalmente em como as células se coordenam no espaço. Para onde as células se movem, onde estão em relação ao tecido em crescimento e onde terminam são questões de coordenação espacial que cientistas, incluindo Guo, têm procurado investigar. Como o movimento das células se relaciona ao longo do tempo é menos compreendido. 

O grupo de Guo no MIT estuda interações celulares para identificar padrões relacionados a estados saudáveis versus patológicos. Como parte desse trabalho, a equipe tira fotos microscópicas de células cultivadas em laboratório para identificar comportamentos interessantes entre elas. Recentemente, Tang, então membro do laboratório de Guo, estava analisando uma série de vídeos de células epiteliais quando começou a perceber um ritmo, ou padrão, ao longo do tempo.

“Eu estava estudando a migração celular coletiva e observei que as células inchavam, depois se comprimiam, depois inchavam novamente, repetidamente, formando padrões locais”, lembra Tang. “Foi aí que percebi que poderia haver algo mais interessante acontecendo com essas células ao longo do tempo.”

Em seu novo estudo, os pesquisadores se concentraram no momento dos movimentos celulares. Eles começaram estudando células epiteliais saudáveis e vivas, cultivadas em laboratório. As células foram coradas com um corante fluorescente para iluminar o núcleo de cada uma. Dessa forma, foi possível identificar facilmente uma célula da outra. As células foram mantidas em placas de Petri com nutrientes para que pudessem crescer, se dividir e se movimentar naturalmente. 

“Estamos analisando o processo de migração natural deles, relacionado a como eles migrariam durante diferentes processos no corpo, como a formação da pele e dos órgãos e a cicatrização de feridas”, explica Guo.

Usando um microscópio confocal, a equipe tirou fotos das células a cada poucos minutos, por até 30 horas. Quando juntaram as imagens como uma espécie de filme, um padrão distinto emergiu. 

“Se você simplesmente olhar fixamente para um local qualquer, poderá ver que esses pontos estão se aproximando, depois se afastando, depois se aproximando novamente e se afastando, como ondas”, diz Tang. 

Eles observaram que um único pulso ocorria ao longo de aproximadamente uma hora. Essa pulsação persistia em células saudáveis, como um ritmo lento e constante durante o período de 30 horas. 

Curiosos para saber se outros tipos de células epiteliais se sincronizariam de maneira semelhante, a equipe repetiu o experimento com diversas linhagens de células epiteliais de câncer de mama humano. Eles estudaram o movimento de células de tumores benignos e de células com malignidade crescente. Observaram focos semelhantes de pulsação sincronizada em todos os tipos de células, especialmente nas células mais cancerosas. 

“Descobrimos que as células cancerígenas realmente perigosas se unem ao longo do tempo e realizam essa oscilação persistente, duas vezes mais longa que as células saudáveis”, diz Guo. “Isso é inesperado. Observamos que elas realmente se unem, sincronizam e oscilam juntas, o que potencialmente facilita sua invasão.”

Os pesquisadores também observaram uma correlação entre a sincronização celular e a densidade celular: em cada placa de cultura, independentemente do tipo de célula, as células continuaram a crescer, se dividir e pulsar. À medida que seu número aumentava, mais células pulsavam juntas e sua sincronização aumentava, até certo ponto. Quando as células atingiam uma determinada densidade, sua pulsação começava a diminuir.

“Há um pico de sincronia antes que ela diminua à medida que a densidade celular continua a aumentar”, diz Tang.

Essa conexão é especialmente interessante no contexto de certas condições, como a asma. As células epiteliais revestem o interior de muitos órgãos e tecidos, incluindo as vias aéreas. Em pessoas saudáveis, essas células se agrupam e se compactam para formar um revestimento sólido e estável que protege as vias aéreas. Nas vias aéreas de asmáticos, no entanto, as células epiteliais têm menos capacidade de se compactar. Isso resulta em vias aéreas frouxas e frágeis, facilmente irritáveis e difíceis de cicatrizar. 

Guo e Tang suspeitam que, como parece haver uma conexão entre a densidade celular e a sincronização celular, pode haver uma maneira de direcionar tratamentos para a asma, observando como os medicamentos potenciais afetam a sincronização das células asmáticas. Uma abordagem semelhante poderia ser adotada para a triagem de medicamentos contra o câncer.

“Mais células malignas estariam melhor sincronizadas. Depois de tratá-las com um medicamento, se a sincronização for interrompida, isso pode indicar a eficácia do medicamento e nos permitir considerar o próximo passo”, prevê Guo.

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelos Institutos Nacionais de Saúde.