La reacción de las células a las fuerzas mecánicas es más compleja de lo creído

Unos científicos han descubierto que las células no solo detectan las fuerzas mecánicas, sino que también miden cuánto tiempo duran, antes de reaccionar a ellas. Los resultados de esta investigación revelan un mecanismo que permite a las células ignorar el “ruido” mecánico breve y reaccionar ante cambios sostenidos, un proceso crucial en enfermedades como el cáncer y la fibrosis.

El equipo que ha realizado el estudio lo lideran especialistas del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en España y del King’s College de Londres en el Reino Unido.

En el día a día, las células están expuestas a una amplia gama de señales mecánicas. Los tejidos de órganos como los pulmones, el corazón o la vejiga experimentan constantemente fuerzas rápidas y repetitivas derivadas de la respiración, los latidos o el vaciado de la vejiga, mientras que durante procesos como la cicatrización de heridas o el crecimiento tumoral se producen cambios más lentos y persistentes.

Las células deben interpretar continuamente estas fuerzas físicas junto con las señales químicas de su entorno. Aunque hace tiempo que se sabe cómo responden las células a las señales químicas, se sabía mucho menos sobre cómo procesan las señales mecánicas a lo largo del tiempo.

Ahora, los autores del nuevo estudio han llegado a la conclusión de que las células utilizan una especie de ‘filtro paso bajo’ para descartar alteraciones a corto plazo, pero responden a cambios persistentes y a largo plazo.

El profesor Pere Roca-Cusachs, coautor del estudio e investigador principal del grupo de Mecanobiología celular y molecular del IBEC y catedrático en la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la Universidad de Barcelona (UB), explica:

«Imagina que conduces por una autopista y oyes un ruido fuerte a tu lado. Probablemente reaccionarás inmediatamente porque podría ser peligroso. Pero si oyes un sonido pequeño e inusual de tu propio motor, puede que lo ignores a menos que persista durante un tiempo. Las células se enfrentan a un desafío similar: deben decidir qué señales importan y cuándo responder a ellas».

El equipo descubrió que las células dependen de estructuras llamadas adhesiones fibrilares, puntos de contacto especializados que permiten a las células agarrarse físicamente a su entorno y transmitir fuerzas mecánicas a su interior, para este mecanismo.

Estas estructuras ayudan a ‘retener’ el núcleo celular en un estado deformado incluso después de que la fuerza desaparezca, permitiendo que la señal persista durante aproximadamente una hora, mantenida por una red de fibras llamada vimentina para mantener el efecto a lo largo del tiempo. Cuando este sistema se interrumpe, las células pierden la capacidad de «retener» señales mecánicas y responden mucho más rápido, pero de forma menos selectiva.

En efecto, esto crea un filtro biológico. Se ignoran fuerzas breves, pero las sostenidas desencadenan una respuesta. Muchos procesos importantes, incluida la actividad de la proteína YAP asociada al cáncer, dependen de estos tiempos.

Amy Beedle, profesora de física biológica en el King’s College y coautora del estudio, dice: «Este trabajo tiene enormes implicaciones no solo con respecto a cómo funcionan las células y los tejidos, sino también sobre este elemento temporal, que hemos sido de los primeros en examinar. Es un trabajo fundamental para futuros tratamientos médicos.

Un fibroblasto, un tipo de célula presente en el tejido conectivo, examinado por la Dra. Amy Beedle y su equipo a lo largo del experimento. (Imagen: Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC))
 

«Muchas enfermedades, incluyendo el cáncer y la fibrosis, implican cambios a largo plazo en la rigidez tisular y en las fuerzas mecánicas. Comprender cómo las células interpretan cómo estas complejas señales mecánicas están influyendo en la progresión de la enfermedad podría capacitar a los investigadores para diseñar mejores terapias en el futuro».

Los hallazgos también muestran que este mecanismo ayuda a proteger al núcleo celular de daños potenciales provocados por la tensión física.

El estudio, que también ha contado con la colaboración del grupo de Dinámica Integrativa de Células y Tejidos del IBEC, liderado por el profesor Xavier Trepat, se titula “Fibrillar adhesion dynamics govern the timescales of nuclear mechano-response via the vimentin cytoskeleton”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Materials. (Fuente: IBEC)