Este artículo se publica en colaboración con ETH Zúrich.
El cuerpo humano se regenera constantemente. Billones de células mueren en nuestro cuerpo cada día. Durante ese mismo periodo, se forman muchas nuevas a medida que otras células se dividen. Para dividirse, las células atraviesan un proceso conocido como redondeamiento celular, que permite que los cromosomas se copien y, después, se incorporen a dos células hijas. El siguiente espectáculo se produce en nuestro cuerpo billones de veces cada día: una célula cambia la forma típica de su función redondeándose hasta adoptar forma de esfera y antes de dividirse. Las células hijas vuelven a adoptar la forma celular característica.
El redondeamiento celular es especialmente drástico y difícil en las células columnares dispuestas una junto a otra, como las células epiteliales que recubren los intestinos y otras mucosas, así como las paredes vasculares. Estas células se asemejan a palillos dentro de una caja, densamente empaquetados uno junto a otro con las células vecinas. Apenas tienen espacio en el tejido de la pared para redondearse durante la división celular. Investigadores del Departamento de Ciencias e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zúrich (D-BSSE), en Basilea, han descubierto ahora el mecanismo asociado.
Las proteínas de membrana hinchan las células
Las células epiteliales migran a la superficie para dividirse. (Visualizaciones: Sorce B et al. Nature Communications 2015)
El mecanismo básico del redondeamiento celular ya se conoce. Hace varios años, Daniel Müller, catedrático de Biofísica, y su equipo demostraron cómo las células activan las bombas moleculares de sus membranas externas, que transportan iones de sodio al interior de la célula. El aumento de la concentración de iones en el interior de la célula genera la denominada presión osmótica, que hace que el agua fluya hacia la célula y que esta se redondee.
Un microscopio permite observar dónde encuentran espacio para redondearse las células epiteliales con forma de bastón. «Las células migran desde la capa epitelial hasta la superficie, donde se dividen y, después, regresan a la capa epitelial», explica Müller.
Las células se escurren fuera de la pared
Pero ¿cómo llegan las células a la superficie? En un nuevo estudio, miembros del grupo de Müller, que trabajan junto con otros grupos de investigación del D-BSSE, han demostrado ahora que las células epiteliales utilizan el mismo mecanismo que todas las demás células. «Las células se llenan de iones de sodio y se tensan como resultado de la presión osmótica. El esqueleto interno de la célula también se contrae. Así, las células pueden generar la fuerza que necesitan para, prácticamente, abrirse paso fuera de la capa epitelial, pese a la resistencia externa, y salir a la superficie», afirma Müller.
Los investigadores detectaron el proceso en un cultivo celular. Junto con el grupo de Andreas Hierlemann, catedrático de Ingeniería de Biosistemas, desarrollaron una cama de clavos de goma en la que cultivaron células epiteliales entre los «clavos» elásticos (o, más precisamente, pilares). Esto permitió a los investigadores observar el comportamiento celular y medir las fuerzas asociadas bajo el microscopio: las fuerzas celulares generadas provocaban una deformación o flexión de los pilares, que podían detectarse fácilmente.
Entorno de prueba para enfermedades
Cuando los científicos inhibieron las proteínas de transporte iónico de las células, comprobaron que el aumento de la concentración de sal en las células no solo era responsable del redondeamiento celular, sino que también era decisivo para que las células fueran «expulsadas» de la capa epitelial. Al medir la deflexión de las columnas de goma, los científicos también pudieron calcular las fuerzas que producían las células para migrar a la superficie epitelial.
Los investigadores incluso utilizaron la cama de clavos microscópica como entorno de prueba para enfermedades específicas. Por ejemplo, se sabe que las células epiteliales que no alcanzan la superficie de la capa epitelial para dividirse –y que, por tanto, no pueden dividirse sin alteraciones– pueden provocar el desprendimiento de dicha capa. Esto, a su vez, puede favorecer la formación y propagación de tumores, por ejemplo en el estómago, los intestinos, los riñones o la vesícula biliar. «Con nuestra cama de clavos microscópica podemos examinar ahora las condiciones en las que las células ya no son capaces de elevarse hasta la superficie», afirma Müller. Los investigadores ya han empezado a buscar las causas genéticas de determinadas enfermedades en este entorno de prueba. También pueden utilizar la metodología que desarrollaron para comprobar la eficacia de nuevos fármacos.
Referencia
Sorce B et al.: Mitotic cell contract actomyosin cortex and generate pressure to round against or escape epithelial confinement. Nature Communications, 25 de noviembre de 2015, doi: 10.1038/ncomms9872
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Fabio Bergamin estudió Biotecnología en Basilea y Estrasburgo, y obtuvo su doctorado en Inmunología por la Universidad de Berna.
Imagen: Células cancerosas observadas al microscopio. REUTERS.