Los investigadores exploran las propiedades mecánicas del microambiente celular en el cuerpo.



Las células detectan y responden a las propiedades mecánicas del microambiente celular en el cuerpo. Los cambios en estas propiedades, que ocurren en una serie de patologías humanas, incluido el cáncer, pueden provocar respuestas anormales de las células. No se comprende bien cómo se adaptan las células a tales cambios en el microambiente mecánico.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Texas A&M está trabajando para comprender la mecánica de detección celular, la capacidad de detectar y responder a las propiedades mecánicas del microambiente, de una manera única. El Dr. Tanmay Lele, profesor de Unocal en el Departamento de Ingeniería Biomédica, Departamento de Ingeniería Química y Departamento de Ciencias Médicas Traslacionales, se asoció con el Dr. Charles Baer, ​​biólogo evolutivo de la Universidad de Florida. Juntos utilizaron métodos de evolución celular experimental como un medio para comprender la adaptación celular a biomateriales de propiedades mecánicas controladas.

Los experimentos fueron dirigidos por la estudiante de doctorado Purboja Purkayastha del Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin y la coordinadora del laboratorio técnico Kavya Pendyala del Departamento de Ingeniería Biomédica de Texas A&M.

“Antes de nuestro trabajo, básicamente se desconocía si las células evolucionarían en entornos mecánicos controlados”, dijo Lele. “Nos propusimos probar esta posibilidad”.

Las células son productos de cientos de millones de años de evolución, y su respuesta a los entornos, ya sean químicos o mecánicos, probablemente haya evolucionado a través de un proceso de selección natural. Es bien sabido que las limitaciones químicas ejercen presión de selección sobre las poblaciones celulares, pero nunca antes se había investigado si las propiedades mecánicas del entorno de una célula constituyen un agente significativo de la selección natural.

Muchos tipos de células animales exhiben “plasticidad fenotípica” – se ven y funcionan de manera diferente – en diferentes entornos mecánicos. Hay dos posibles explicaciones para la plasticidad de las células en diferentes entornos mecánicos. En primer lugar, los fenotipos pueden ser óptimos, de modo que no hay mejor forma de que una célula funcione en cada entorno. Alternativamente, la plasticidad puede ser un compromiso tal que el rasgo fenotípico sea óptimo para un contexto mecánico dado, pero subóptimo en otros contextos mecánicos.

La investigación del equipo demostró que el mecanismo celular de detección no es, de hecho, óptimo sino una compensación. Utilizando una combinación de evolución celular experimental en biomateriales de rigidez controlada, secuenciación del genoma, simulaciones y análisis de expresión génica, el equipo demostró que las células evolucionan bajo presión de selección a partir de biomateriales de rigidez mecánica controlada.

La investigación del equipo se publicó recientemente en la revista Biología molecular y evolución.

Lele dijo que la evolución celular experimental es un buen enfoque para comprender mejor los mecanismos subyacentes al mecanismo celular de detección.

Actualmente estamos utilizando la evolución celular experimental para comprender cómo las células cancerosas, que tienen una gran variación genómica, responden a la rigidez mecánica alterada y otras propiedades mecánicas de los microambientes tumorales. Además, el hecho de que las células puedan evolucionar en biomateriales de propiedades controladas in vitro abre nuevas formas de generar células modificadas con propiedades óptimas para esas propiedades.. “

Dr. Tanmay Lele, Profesor Unocal, Departamento de Ingeniería Biomédica, Universidad Texas A&M

Fuente:

Referencia de la revista:

Purkayastha, P., et al. (2021) La plasticidad inversa subyace a la rápida evolución por selección clonal dentro de poblaciones de fibroblastos propagados en un nuevo sustrato blando. Biología molecular y evolución. doi.org/10.1093/molbev/msab102.

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