Logran generar “células líder” con luz

Durante el desarrollo embrionario, la cicatrización de heridas, la proliferación del cáncer y otros procesos fisiológicos se sabe que las células se mueven en grupo de manera coordinada. En cabeza de estos conjuntos de células se encuentran las llamadas células líderes, que son muy móviles y parecen dirigir la migración de todo el grupo, del mismo modo que los grupos de animales a menudo se desplazan siguiendo las instrucciones de un líder.

Ahora, un estudio liderado por Xavier Trepat, profesor de investigación ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y de la Universidad de Barcelona (UB), ha conseguido generar “células líder” en el laboratorio mediante control optogenético. Los resultados se publican en la revista Nature Physics.

Esta técnica combina la luz con modificaciones genéticas y, en este caso, se ha utilizado para comprobar si realmente existen células que dirigen ese movimiento colectivo y otras que las siguen, además de analizar cómo se transmite la información de las unas a las otras con el fin de moverse coordinadamente.

Donde la célula es iluminada con un haz de luz, se activa un gen que provoca la formación de una protrusión que facilita el movimiento celular

Los autores utilizaron células modificadas genéticamente capaces de seguir el movimiento de la luz azul. Allí donde la célula es iluminada con el haz de luz, se activa el gen Rac1, provocando la formación de una protrusión conocida como lamelipodio, que facilita el movimiento celular.

En el modelo diseñado por el equipo, se colocan las células sobre un sustrato formado por un gel con una rigidez equivalente a la de los tejidos del cuerpo, que contiene un patrón lineal, de manera que se forman grupos de diferente número de células siguiendo el patrón, en fila.

Iluminación azul de ‘trenes’ de células

A continuación, se iluminan con el haz de luz azul estos “trenes” de células con el fin de estudiar su movimiento colectivo.

The experiment used genetically modified cells that were able to follow the movement of blue light. #optogenetics Arranged into ‘trains’ on a gel, the illuminated cells were unable to attract a minimum number of followers. Confirming they don’t lead the movement. pic.twitter.com/xrepMeMCxN

— IBEC (@IBECBarcelona) September 16, 2024

Estos experimentos demuestran que no existe una única célula líder que guíe el movimiento colectivo como se pensaba hasta ahora, las supuestas seguidoras también participan

“Creamos una especie de tren formado por diferentes vagones, que son las células. Lo que observamos es que las células iluminadas no son capaces de arrastrar un número mínimo de seguidores, de manera que no lideran el movimiento. Así pues, no tenemos un tren, sino que cada vagón tiene su motor y controla su velocidad y aceleración, cada célula individual es un actor activo en el movimiento colectivo”, detalla el primer autor, Leone Rossetti, investigador del IBEC durante el estudio y actualmente en el King’s College de Londres.

Estos experimentos demuestran que no existe una única célula líder que guíe el movimiento colectivo, como se pensaba hasta ahora, sino que las células que se creía seguidoras también participan en el movimiento.

Aplicaciones biomédicas

“Estos resultados son muy relevantes a la hora de diseñar tratamientos para detener la proliferación de tumores o acelerar la curación de heridas. Ahora sabemos que tendremos que actuar de una manera que afecte a todo el conjunto de células que participan en el movimiento, y no solo a la célula individual que nos pensábamos que lideraba el movimiento del resto.”, explica Trepat, del IBEC, la UB y también miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN).

Estos resultados son muy relevantes a la hora de diseñar tratamientos para detener la proliferación de tumores o acelerar la curación de heridas

Xavier Trepat (IBEC)

La relación entre las fuerzas y velocidades de las células es uno de los problemas más fundamentales y no resueltos de la migración celular. Sin embargo, las reglas físicas que describen el movimiento de los cuerpos en el mundo macroscópico no son aplicables a escala celular, lo que hace necesario crear nuevos modelos que permitan describir el movimiento a escala microscópica.

En colaboración con el investigador Ricard Alert, del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos en Dresden, los investigadores también han conseguido establecer un modelo matemático que determina cómo la distribución espacial de las fuerzas generadas por las células se traduce en su velocidad de migración.

Referencia:

Leone Rossetti, Xavier Trepat et al. “Optogenetic generation of leader cells reveals a force-velocity relation for collective cell migration”. Nature Physics, 2024

Este estudio forma parte del trabajo postdoctoral de Leone Rossetti, financiado por una beca Marie Curie.