Micrografías de células biológicas: arriba a la derecha (verde) – filamentos intermedios de vimentina en fibroblastos; Abajo a la izquierda (rojo): filamentos intermedios de queratina en las células epiteliales. Escala: 10 µm. Crédito: arriba a la derecha (verde): Ulrike Rölleke. Abajo a la izquierda (rojo): Ruth Meyer
Investigadores de la Universidad de Göttingen han descubierto propiedades sorprendentes del citoesqueleto.
La mayoría de las células biológicas tienen un lugar fijo en un organismo. Sin embargo, hay casos en los que estas células adquieren la capacidad de moverse, lo que les permite atravesar el cuerpo. Dichos incidentes aparecen durante operaciones como la recuperación de heridas o cuando las células cancerosas se dividen al azar y se diseminan por todo el cuerpo. Las características de las células móviles y estacionarias muestran varias diferencias, una de las cuales es la estructura del citoesqueleto.
Esta estructura de filamentos de proteínas hace que las células sean estables, extensibles y resistentes a las fuerzas externas. En este contexto, los «hilos intermedios» juegan un papel importante. Curiosamente, dos tipos diferentes de filamentos intermedios están presentes en las células estacionarias y móviles. Investigadores de la Universidad de Göttingen y ETH Zurich han logrado medir y describir con precisión las propiedades mecánicas de los filamentos. En el proceso, descubrieron similitudes con materiales no biológicos. Los resultados han sido publicados en la revista Tema.
Los científicos utilizaron pinzas ópticas para investigar cómo se comportan los filamentos bajo tensión. Unieron los extremos de los hilos a pequeñas bolitas de plástico y luego las movieron de manera controlada con la ayuda de un rayo láser. Esto tensó dos tipos diferentes de hebras, que se conocen como vimentina y queratina. Los investigadores calcularon las fuerzas que eran necesarias para el estiramiento y cómo se comportan los diferentes hilos cuando se estiran varias veces.
Sorprendentemente, los diferentes filamentos se comportan de manera diferente al estirarse repetidamente: los filamentos de vimentina se vuelven más suaves y conservan su longitud, los filamentos de queratina se alargan y conservan su rigidez.
Los resultados experimentales coinciden con simulaciones por computadora de interacciones moleculares: en las hebras de vimentina, los investigadores plantean la hipótesis, las estructuras se abren, similares a geles hechos de varios componentes; En las hebras de queratina, suponen que las estructuras se desplazan unas contra otras, como en los minerales. Ambos mecanismos demuestran que las redes de filamentos intermedios en el citoesqueleto pueden deformarse severamente sin dañarse. Sin embargo, este factor de protección se explica por principios físicos fundamentalmente diferentes.
«Estos hallazgos amplían nuestra comprensión de por qué los diferentes tipos de células tienen propiedades mecánicas tan diferentes», explica la Dra. Charlotta Lorenz, primera autora del estudio. La profesora Sarah Koster, del Instituto de Física de Rayos X de la Universidad de Göttingen y estudio de plomo, agrega: «Podemos aprender de la naturaleza y pensar en diseñar materiales nuevos, sostenibles y transferibles cuyas propiedades se pueden elegir o diseñar para satisfacer requisitos exactos».
Referencia: «La mecánica del filamento de queratina y la disipación de energía están determinadas por la plasticidad similar al metal» Por Charlotta Lorenz, Jonah Forsting, Robert W. Style, Stefan Klump, Sarah Koster, 22 de mayo de 2023, disponible aquí. Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.04.014
