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(noticias nanowerk) Al aplicar un “nanopinchazo” a las células vivas y monitorear los cambios resultantes en el entorno intracelular, los investigadores obtuvieron los primeros conocimientos sobre cómo responden las células enteras a la presión mecánica externa.
Un equipo dirigido por científicos del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) en Tsukuba, Japón, utilizó una técnica llamada microscopía de fuerza atómica para aplicar fuerza a la superficie de varias células. El método utiliza sondas a nanoescala con puntas de sólo unas mil millonésimas de metro de tamaño para medir y mapear cómo se distribuye la fuerza a través de la superficie celular y por toda la célula.
Los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para analizar y modelar las fuerzas que midieron. Utilizando técnicas de fijación y tinción, también examinaron cómo la distorsión por fuerza afectaba las estructuras internas de la célula y los microtúbulos y filamentos de actina que forman su «esqueleto».
El estudio fue publicado en la revista científica. Ciencia y tecnología de materiales avanzados. (“Mapeo del estrés en células vivas mediante microscopía de fuerza atómica en respuesta a estímulos ambientales”).
«Las células son materiales inteligentes que pueden adaptarse a diversos estímulos químicos y mecánicos de su entorno», dice Jun Nakanishi, uno de los autores correspondientes del estudio y jefe del Grupo de Mecanobiología del NIMS.
Esta adaptabilidad se basa en mecanismos de retroalimentación rápida para mantener la célula intacta y sana, y cada vez hay más pruebas de que el fallo de esta respuesta celular es la causa de una serie de enfermedades, incluidas la diabetes, la enfermedad de Parkinson, los ataques cardíacos y el cáncer.
Hasta la fecha, los estudios de estas respuestas celulares han estado limitados por las técnicas utilizadas; por ejemplo, algunos métodos requieren que las células estén preequipadas con sensores para que solo puedan medir una pequeña porción de la respuesta.
«Inventamos una forma única de ‘tocar’ una célula con una ‘mano’ a nanoescala para que se pudiera obtener imágenes de la distribución de la fuerza en toda la célula con resolución nanométrica», dice Hongxin Wang, autor principal del estudio y de la Sociedad Japonesa de Postdoctorado de Promoción de la Ciencia (JSPS) en el Grupo de Mecanobiología.
El estudio encontró que las fuerzas de tracción y compresión se distribuyen a través de las fibras de actina y los microtúbulos dentro de la célula para mantener su forma, de manera similar a cómo funcionan los postes y cuerdas de una tienda de campaña. Cuando los investigadores desactivaron la función de transmisión de fuerza de las fibras de actina, descubrieron que el propio núcleo también participa en el equilibrio de las fuerzas externas, destacando el papel de la estructura interna del núcleo en la respuesta celular al estrés.
El equipo de investigación también comparó las respuestas de células sanas y cancerosas. Se descubrió que las células cancerosas eran más resistentes a la compresión externa que las células sanas y tenían menos probabilidades de desencadenar la muerte celular en respuesta.
Los resultados no sólo arrojan luz sobre la compleja mecánica intracelular de la respuesta al estrés, sino que el descubrimiento de diferentes respuestas en las células cancerosas también podría proporcionar una nueva forma de distinguir las células sanas de las cancerosas: una herramienta de diagnóstico basada en la mecánica celular.
Actualmente, los hospitales utilizan el tamaño, la forma y la estructura de una célula para diagnosticar el cáncer. Sin embargo, estas características no siempre proporcionan suficiente información para diferenciar entre células sanas y enfermas. «Nuestros resultados brindan otra oportunidad para verificar el estado de las células midiendo la distribución de la fuerza, lo que podría mejorar significativamente la precisión del diagnóstico», dice Han Zhang, otro autor correspondiente del estudio e investigador principal del Grupo de Microscopía Electrónica del NIMS.
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