Descobreixen que les forces mecàniques de les cèl·lules son claus en el desenvolupament del càncer

L'estira-i-arronsa cel·lular, és a dir, la dinàmica física de forces que afecta les cèl·lules, és clau en la resposta de l'organisme a diferents malalties i en processos com el càncer, segons una recerca de l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i de l'IDIBAPS-Hospital Clínic.

La recerca, que han coliderat Pere Roca-Cusachs (IBEC) i Isaac Almendros, investigador del CIBER de Malalties Respiratòries (CIBERES) i de l'IDIBAPS i que publica la revista Nature Communications, ha descobert com la dinàmica de forces afecta a cèl·lules i als teixits vius.

Els investigadors, tots dos professors de la Facultat de Medicina de la Universitat de Barcelona, han explicat que, des de les cordes vocals als batecs del cor, les cèl·lules humanes estan contínuament sotmeses a forces mecàniques que canvien constantment la seva resposta a aquests estímuls, regulant processos essencials, tant en persones sanes com en condicions de malaltia com el càncer.

No obstant això, fins ara es desconeixia en gran manera com les cèl·lules perceben i responen a aquestes forces.

Ara, aquest estudi ha demostrat que el que determina la sensibilitat mecànica en les cèl·lules és el ritme d'aplicació de la força, és a dir, el ràpid que aquesta força s'aplica.

Tècnicament, han demostrat, per primera vegada 'in vivo', les prediccions del model conegut com a 'molecular clutch' o 'embragatge molecular'.

Segons els investigadors, aquests resultats ajudaran a entendre millor com prolifera un tumor cancerós, però també a comprendre com respon el cor, les cordes vocals o el sistema respiratori a la constant variació de forces a la qual s'exposen contínuament.

Els investigadors van observar que hi ha dues respostes a la força aplicada sobre una cèl·lula, utilitzant tècniques capdavanteres com la microscòpia de força atòmica (AFM) o les anomenades «pinces òptiques».

D'una banda, el citoesquelet, el dens entramat de fibres (principalment actina), que té, entre altres, la funció de mantenir la forma i estructura de la cèl·lula, es reforça quan aquesta és sotmesa a una força a un ritme moderat.

En aquest context, la cèl·lula és capaç de sentir i respondre a la força mecànica i el reforç del citoesquelet porta a un enduriment de la cèl·lula i a la localització de la proteïna YAP en el nucli.

Quan això passa, la proteïna YAP controla i activa gens relacionats amb el desenvolupament del càncer.

D'altra banda, si el ritme d'aplicació de força continua augmentant per sobre d'un determinat valor, es produeix un efecte contrari i la cèl·lula deixa de percebre les forces mecàniques, és a dir, en comptes de que el citoesquelet i la cèl·lula continuïn augmentant la seva rigidesa, hi ha una ruptura parcial del citoesquelet que porta a un estovament de la cèl·lula.

«Com qui estira i arronsa un xiclet, hem sotmès les cèl·lules a diferents forces de manera controlada i precisa i hem vist que el ritme amb el qual s'aplica la força és crucial per a determinar la resposta cel·lular», ha detallat Ion Andreu (IBEC).

Els científics també han fet experiments amb rates de laboratori per a comprovar que els resultats observats en cèl·lules individuals ocorren així mateix a nivell d'òrgans sencers 'in vivo'.

Per a això, els investigadors es van fixar en els pulmons, que de manera natural experimenten estiraments mecànics cíclics durant la respiració, i van ventilar a ritmes diferents els dos pulmons, de manera que un pulmó s'omplia i buidava més ràpid (hiperventilació) i l'altre més a poc a poc, encara que mantenint una taxa total de ventilació normal.

Després de comparar les cèl·lules de tots dos pulmons, van observar que la proteïna YAP augmentava la seva localització nuclear solament en les cèl·lules del pulmó sotmès a hiperventilació.

Segons els investigadors, aquest augment de YAP en mostres vives, causat per l'«estira-i-arronsa cel·lular», era anàleg al que es troba en tumors cancerígens en proliferació.