Las fuerzas mecánicas de las células, clave en el desarrollo del cáncer

El tira y afloja celular, es decir, la dinámica física de fuerzas que afecta a las células, es clave en la respuesta del organismo a diferentes enfermedades y en procesos como el cáncer, según una investigación del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y del IDIBAPS-Hospital Clínic.

La investigación, que han coliderado Pere Roca-Cusachs (IBEC) e Isaac Almendros, investigador del CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES) y del IDIBAPS y que publica la revista Nature Communications, ha descubierto cómo la dinámica de fuerzas afecta a células y a los tejidos vivos.

Los investigadores, ambos profesores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Barcelona, han explicado que, desde las cuerdas vocales a los latidos del corazón, las células humanas están continuamente sometidas a fuerzas mecánicas que cambian constantemente su respuesta a estos estímulos, regulando procesos esenciales, tanto en personas sanas como en condiciones de enfermedad como el cáncer.

Sin embargo, hasta ahora se desconocía en gran medida cómo las células perciben y responden a estas fuerzas.

Ahora, este estudio ha demostrado que lo que determina la sensibilidad mecánica en las células es el ritmo de aplicación de la fuerza, es decir, lo rápido que esa fuerza se aplica.

Técnicamente, han demostrado, por primera vez in vivo, las predicciones del modelo conocido como "molecular clutch" o '"embrague molecular".

Según los investigadores, estos resultados ayudarán a entender mejor cómo prolifera un tumor canceroso, pero también a comprender cómo responde el corazón, las cuerdas vocales o el sistema respiratorio a la constante variación de fuerzas a la que se exponen continuamente.

Los investigadores observaron que hay dos respuestas a la fuerza aplicada sobre una célula, utilizando técnicas punteras como la microscopía de fuerza atómica (AFM) o las llamadas "pinzas ópticas".

Por un lado, el citoesqueleto, el denso entramado de fibras (principalmente actina), que tiene, entre otras, la función de mantener la forma y estructura de la célula, se refuerza cuando esta es sometida a una fuerza a un ritmo moderado.

En este contexto, la célula es capaz de sentir y responder a la fuerza mecánica y el refuerzo del citoesqueleto lleva a un endurecimiento de la célula y a la localización de la proteína YAP en el núcleo.

Cuando esto ocurre, la proteína YAP controla y activa genes relacionados con el desarrollo del cáncer.

Por otro lado, si el ritmo de aplicación de fuerza sigue aumentando por encima de un determinado valor, se produce un efecto contrario y la célula deja de percibir las fuerzas mecánicas, es decir, en vez de que el citoesqueleto y la célula sigan aumentando su rigidez, hay una ruptura parcial del citoesqueleto que lleva a un ablandamiento de la célula.

"Como quien estira y encoje un chicle, hemos sometido las células a diferentes fuerzas de forma controlada y precisa y hemos visto que el ritmo con el que se aplica la fuerza es crucial para determinar la respuesta celular", ha detallado Ion Andreu (IBEC).

Los científicos también han hecho experimentos con ratas de laboratorio para comprobar que los resultados observados en células individuales ocurren asimismo a nivel de órganos enteros in vivo.

Para ello, los investigadores se fijaron en los pulmones, que de forma natural experimentan estiramientos mecánicos cíclicos durante la respiración, y ventilaron a ritmos distintos los dos pulmones, de forma que un pulmón se llenaba y vaciaba más rápido (hiperventilación) y el otro más despacio, aunque manteniendo una tasa total de ventilación normal.

Tras comparar las células de ambos pulmones, observaron que la proteína YAP aumentaba su localización nuclear solamente en las células del pulmón sometido a hiperventilación.

Según los investigadores, este aumento de YAP en muestras vivas, causado por el "tira y afloja celular", era análogo al que se encuentra en tumores cancerígenos en proliferación.