Las células chatean a través de las ondas

Como nosotros, las células se comunican, aunque a su manera: usando ondas como lenguaje común, las células se dicen entre sí dónde y cuándo moverse dentro de los tejidos vivos. Integran las señales mecánicas y químicas para tomar decisiones colectivas sobre su comportamiento.

Las células son las unidades básicas de la vida, pero no son entidades aisladas. En los organismos multicelulares, las células se comunican entre sí para coordinar sus funciones y responder a los cambios del entorno. ¿Cómo lo hacen? ¿Qué lenguaje utilizan? ¿Qué consecuencias tiene esta comunicación para la salud y el desarrollo?

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Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha abordado estas preguntas desde una perspectiva interdisciplinaria, combinando biología, física y matemáticas. Su trabajo, publicado en la revista PRX Life, ofrece nuevas perspectivas sobre cómo las células se mueven y se comunican dentro de los tejidos vivos.

Las ondas como lenguaje celular

Las células se comunican entre sí usando ondas como su lenguaje común. Estas ondas son visibles al microscopio y se pueden observar en un cultivo celular, donde las células forman una capa o monocapa. Las células no están quietas, sino que se mueven, se giran y generan comportamientos caóticos.

"Imaginemos que tenemos una placa de Petri cubierta de células: una monocapa. Parece que solo están ahí. Pero la verdad es que se mueven, se remolinan y hacen comportamientos caóticos espontáneamente", explica Edouard Hannezo, profesor del ISTA y líder del estudio, en un comunicado.

Igual que en un concierto

Al igual que una multitud densa en un concierto, si una célula tira de un lado, otra célula siente la acción y puede reaccionar yendo en la misma dirección o tirando del lado opuesto. La información puede entonces propagarse y viajar en ondas.

"Las células no solo sienten las fuerzas mecánicas sino también su entorno químico: las fuerzas y las señales bioquímicas que las células ejercen unas sobre otras", continúa Hannezo.

"Su comunicación es una interacción de actividad bioquímica, comportamiento físico y movimiento; sin embargo, el alcance de cada modo de comunicación y cómo funcionan estos juegos mecanoquímicos en los tejidos vivos ha sido difícil de determinar hasta ahora".

Modelo teórico

Para entender mejor cómo se comunican las células entre sí, los investigadores han desarrollado un modelo teórico detallado que describe tanto las fuerzas mecánicas como las señales químicas que las células se transmiten entre sí. El modelo también tiene en cuenta la forma y el tamaño de las células, así como la densidad y la elasticidad del tejido.

Con este modelo, los investigadores han podido simular cómo se forman y se propagan las ondas de comunicación celular en diferentes escenarios. Por ejemplo, han podido predecir cómo cambia el patrón de ondas cuando se altera la densidad celular, o cuando se aplica una fuerza externa al tejido.

Equilibrio celular

El modelo también ha permitido explorar cómo las células integran las señales mecánicas y químicas para tomar decisiones colectivas sobre su movimiento. Los investigadores han descubierto que hay un equilibrio entre estos dos modos de comunicación, y que depende del tipo de tejido y del contexto.

"En algunos casos, las señales químicas dominan el movimiento colectivo de las células, mientras que en otros casos son las fuerzas mecánicas las que lo determinan", explica Daniel Boocock, primer autor del estudio e investigador del ISTA. "También hemos visto que hay situaciones en las que ambos modos de comunicación son igualmente importantes y cooperan para generar un movimiento coordinado".

Aplicaciones prácticas

El modelo teórico desarrollado por los investigadores podría tener aplicaciones prácticas en el futuro, por ejemplo, para diseñar estrategias que mejoren la cicatrización de heridas o que controlen el crecimiento de tumores. También podría ayudar a comprender mejor cómo se forman los órganos y los tejidos durante el desarrollo embrionario.

"La comunicación celular es fundamental para muchos procesos biológicos, como la regeneración de tejidos, la formación de patrones o la invasión tumoral", afirma Boocock.

"Nuestro modelo podría servir como una herramienta para manipular estas ondas de comunicación y modificar el comportamiento de las células", añade.

Suma y sigue

Los investigadores planean seguir trabajando en este tema, combinando el modelo teórico con experimentos en el laboratorio. Su objetivo es validar y ampliar el modelo, así como explorar nuevas preguntas sobre la comunicación celular.

"Queremos entender cómo las células se comunican en tejidos más complejos y tridimensionales, y cómo estas ondas de comunicación influyen en el destino y la diferenciación de las células", concluye Hannezo.

Referencia

Interplay between Mechanochemical Patterning and Glassy Dynamics in Cellular Monolayers. Daniel Boocock et al. PRX Life 1, 013001; 20 July 2023. DOI:https://doi.org/10.1103/PRXLife.1.013001