Un estudio propone un nuevo enfoque sobre cómo las células responden a las señales mecánicas de su entorno

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¿Qué tiene que ver un colchón viscoelástico con el correcto funcionamiento de las células? En principio, nada, pero de acuerdo con un innovador trabajo con participación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, parte del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la viscoelasticidad de los tejidos, una propiedad aún poco explorada, desempeña un papel crucial para el correcto funcionamiento celular. El estudio acaba de publicarse en Science Advances y está liderado por el Centro de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).

Las células requieren señales bioquímicas y mecánicas para funcionar correctamente. La mecanobiología es la ciencia que estudia cómo las células reconocen y responden a las propiedades mecánicas de su entorno. Uno de los elementos más importantes en la generación de señales mecánicas es la matriz extracelular (ECM), una red de proteínas que funciona como pegamento entre células, ayudando a la formación de tejidos, explica Jorge Alegre-Cebollada, investigador del CNIC y autor del estudio.

La ECM influye en la actividad celular mediante propiedades mecánicas como la rigidez y la viscoelasticidad, regulando la migración, proliferación y diferenciación celular. Cambios en la rigidez de los tejidos están asociados a enfermedades como el infarto de miocardio y ciertos tipos de cáncer (páncreas y mama). Sin embargo, aún no se comprende completamente cómo las células responden simultáneamente a la rigidez y viscoelasticidad, especialmente en entornos rígidos.

Lo que ahora demuestra por primera vez este estudio es cómo la capacidad de los tejidos para deformarse y recuperar su forma original (viscoelasticidad) desempeña un papel fundamental en el proceso por el cual una célula mantiene un equilibrio interno constante para funcionar adecuadamente. Este proceso se denomina homeostasis celular, añade Ricardo García, investigador del ICMM-CSIC y miembro del estudio. 

“Este trabajo supone un nuevo paradigma en nuestra comprensión de cómo las células reaccionan ante propiedades mecánicas y puede contribuir a explicar, por ejemplo, por qué algunos tumores son más agresivos que otros, así como al mejor funcionamiento de tejidos artificiales con aplicaciones biomédicas”, destaca Alegre-Cebollada.

Gracias al desarrollo de nuevos biomateriales y a un modelo computacional, estos equipos de trabajo han esclarecido cómo las células responden a la viscoelasticidad, concluyendo que la viscoelasticidad de la matriz extracelular, una propiedad poco estudiada hasta ahora, desempeña un papel crucial en la regulación del tiempo de respuesta celular a un estímulo mecánico. 

Así, comenta Carla Huerta-López, investigadora del CNIC y también parte del estudio, “del mismo modo que un colchón viscoelástico necesita tiempo para recuperar su forma cuando nos levantamos cada mañana, las células y tejidos necesitan tiempo para recuperarse de estímulos mecánicos, como un apretón de manos o un golpe”. Es decir, “la dependencia temporal de alteraciones mecánicas está controlada por la viscoelasticidad”, añade García.

Para este trabajo, el personal de investigación ha desarrollado biomateriales basados en proteínas que imitan el comportamiento mecánico de la matriz extracelular. Utilizando dichos biomateriales, han identificado un mecanismo responsable de cómo la viscoelasticidad contrarresta la respuesta a la rigidez de una manera inesperada.

Según destacan, este modelo contradice los modelos actuales, y proporciona nuevas explicaciones sobre cómo las células reaccionan a las propiedades mecánicas de la matriz extracelular.

El estudio ha sido posible gracias a la financiación recibida desde el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Consejo Europeo de Investigación (ERC), y la Comunidad de Madrid a través del consorcio interdisciplinar Tec4Bio-CM. 

Referencia:

Carla Huerta-López, Alejandro Clemente-Manteca, Diana Velázquez-Carreras, Francisco M. Espinosa, Juan G. Sanchez, Álvaro Martínez-del-Pozo, María García-García, Sara Martín-Colomo, Andrea Rodríguez-Blanco, Ricardo Esteban-González, Francisco M. Martín-Zamora, Luis I. Gutierrez-Rus, Ricardo Garcia, Pere Roca-Cusachs, Alberto Elosegui-Artola, Miguel A. del Pozo, Elías Herrero-Galán, Pablo Sáez, Gustavo R. Plaza, Jorge Alegre-Cebollada. Cell response to extracellular matrix viscous energy dissipation outweighs high-rigidity sensing. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adf9758

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