Tecnologia Científica

Os pesquisadores descobrem como as células se movem evitando a adesão
As descobertas, relatadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), fornecem uma nova visão para a biologia do desenvolvimento e o potencial tratamento do câncer.
Por Max Delbrück Center for Molecular Medicine - 18/01/2021


Células cancerosas que se movem em tiras de glicoproteína: Essas tiras agem como talas, que permitem controlar e estudar melhor o movimento das células. Crédito: Rädler Lab, Ludwig Maximilians Universität München

Sabe-se que a velocidade da célula, ou quão rápido uma célula se move, depende de quão pegajosa é a superfície abaixo dela, mas os mecanismos precisos dessa relação permaneceram indefinidos por décadas. Agora, pesquisadores do Centro Max Delbrück de Medicina Molecular da Associação Helmholtz (MDC) e da Ludwig Maximilians Universität München (LMU) descobriram a mecânica precisa e desenvolveram um modelo matemático que captura as forças envolvidas no movimento celular. As descobertas, relatadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), fornecem uma nova visão para a biologia do desenvolvimento e o potencial tratamento do câncer.

O movimento celular é um processo fundamental, especialmente crítico durante o desenvolvimento, quando as células se diferenciam em seu tipo de célula-alvo e então se movem para o tecido correto. As células também se movem para reparar feridas, enquanto as células cancerosas rastejam até o vaso sanguíneo mais próximo para se espalhar para outras partes do corpo.

"O modelo matemático que desenvolvemos agora pode ser usado por pesquisadores para prever como diferentes células se comportarão em vários substratos", disse o professor Martin Falcke, que dirige o laboratório de fisiologia celular matemática do MDC e co-liderou a pesquisa. "Compreender esses movimentos básicos em detalhes precisos pode fornecer novos alvos para interromper a metástase do tumor."

Unindo-se para definir

A descoberta vem graças aos físicos experimentais da LMU se unirem a físicos teóricos do MDC. Os experimentalistas, liderados pelo professor Joachim Rädler, rastrearam a rapidez com que mais de 15.000 células cancerosas se moviam ao longo de faixas estreitas em uma superfície pegajosa, onde a viscosidade alternava entre baixa e alta. Isso permitiu que observassem o que acontece à medida que as células transitam entre níveis de viscosidade, o que é mais representativo do ambiente dinâmico dentro do corpo.

Em seguida, Falcke e Behnam Amiri, co-autor do primeiro artigo e Ph.D. aluno no laboratório de Falcke, usou o grande conjunto de dados para desenvolver uma equação matemática que captura os elementos que moldam a mobilidade celular .

"Os modelos matemáticos anteriores que tentavam explicar a migração e a mobilidade das células são muito específicos, eles funcionam apenas para uma característica ou tipo de célula", diz Amiri. "O que tentamos fazer aqui é mantê-lo o mais simples e geral possível."

A abordagem funcionou ainda melhor do que o esperado: o modelo correspondeu aos dados coletados no LMU e se manteve verdadeiro para medições sobre vários outros tipos de células feitas nos últimos 30 anos. "Isso é empolgante", diz Falcke. "É raro encontrar uma teoria que explique um espectro tão grande de resultados experimentais."

Fricção é a chave

Quando uma célula se move, ela empurra sua membrana na direção da viagem, expandindo uma rede interna de filamentos de actina à medida que avança, e então descasca sua extremidade posterior. A rapidez com que isso acontece depende das ligações de adesão que se formam entre a célula e a superfície abaixo dela. Quando não há ligações, a célula dificilmente pode se mover porque a rede de actina não tem nada contra o que se lançar. O motivo é o atrito: "Quando você está de patins de gelo, não pode empurrar um carro, apenas quando há atrito suficiente entre seus sapatos e o solo você pode empurrar um carro", diz Falcke.

À medida que o número de ligações aumenta, criando mais atrito, a célula pode gerar mais força e se mover mais rápido, até o ponto em que fica tão pegajosa que fica muito mais difícil puxar a extremidade posterior, desacelerando a célula novamente.

Os pesquisadores investigaram o que acontece quando as extremidades frontal e traseira da célula experimentam diferentes níveis de viscosidade. Eles estavam particularmente curiosos para descobrir o que acontece quando ela fica mais pegajosa na parte de trás da célula do que na frente, porque é quando a célula poderia ficar presa, incapaz de gerar força suficiente para puxar a parte de trás.

Esse poderia ser o caso se as ligações de adesão fossem mais como parafusos, prendendo a célula ao substrato. No início, Falcke e Amiri incluíram esse tipo de força "elástica" em seu modelo, mas a equação só funcionou com forças de atrito.

"Para mim, a parte mais desafiadora foi envolver minha mente em torno desse mecanismo que funciona apenas com as forças de fricção", diz Falcke, porque não há nada para a célula se agarrar firmemente. Mas são as forças semelhantes à fricção que permitem que a célula continue se movendo, mesmo quando as amarras são mais fortes na parte de trás do que na frente, se soltando lentamente como fita adesiva. "Mesmo se você puxar um pouco com uma força fraca, ainda será capaz de descascar a fita - muito lentamente, mas ela sai", diz Falcke. "É assim que a célula evita travar."

A equipe agora está investigando como as células se movem em duas dimensões, incluindo como elas fazem curvas fechadas à direita e à esquerda e em U.

 

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