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Como nós, as células se comunicam. Bem, em sua própria maneira especial. Usando as ondas como linguagem comum, as células dizem umas às outras para onde e quando se mover. Eles conversam, compartilham informações e trabalham juntos – muito parecido com a equipe interdisciplinar de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) e da Universidade Nacional de Cingapura (NUS). Eles realizaram pesquisas sobre como as células se comunicam – e como isso importa para projetos futuros, por exemplo, aplicação para cicatrização de feridas.
O que vem à sua mente quando você pensa em biologia? Animais, plantas, modelos teóricos de computador? O último, você pode não associar imediatamente, embora seja uma parte importante da pesquisa biológica. São precisamente esses cálculos que ajudam a compreender fenômenos biológicos complexos, até os detalhes mais ocultos. O professor Edouard Hannezo da ISTA os aplica para entender os princípios físicos em sistemas biológicos. O trabalho mais recente de seu grupo fornece novos insights sobre como as células estão se movendo e se comunicando dentro do tecido vivo.
Durante seu doutorado, Daniel Boocock, junto com Hannezo e o colaborador de longa data Tsuyoshi Hirashima, da Universidade Nacional de Cingapura, desenvolveu um novo modelo teórico detalhado, publicado hoje na revista Vida PRX. Ele permite uma melhor compreensão da comunicação célula-célula de longo alcance e descreve as complexas forças mecânicas que as células aplicam umas às outras e sua atividade bioquímica.
As células se comunicam em ondas
“Digamos que você tenha uma placa de Petri coberta com células – uma monocamada. Elas parecem apenas ficar lá. Mas a verdade é que elas se movem, giram e fazem comportamentos caóticos espontaneamente”, explica Hannezo.
Semelhante a uma multidão densa em um show, se uma célula puxa para um lado, outra célula sente a ação e pode reagir indo na mesma direção ou puxando na direção oposta. A informação pode então se propagar e viajar em ondas — ondas que são visíveis ao microscópio. “As células não apenas sentem forças mecânicas, mas também seu ambiente químico – forças e sinais bioquímicos que as células estão exercendo umas sobre as outras”, continua Hannezo. “Sua comunicação é uma interação de atividade bioquímica, comportamento físico e movimento; no entanto, a extensão de cada modo de comunicação e como essas interações mecanoquímicas funcionam em tecidos vivos tem sido indescritível até agora.”
Prevendo padrões de movimento
Impulsionados pelos visuais das ondas, o objetivo dos cientistas era estabelecer um modelo de acompanhamento teórico que validasse sua teoria anterior sobre como as células se movem de uma região para outra. Daniel Boocock explica: “Em nosso trabalho anterior, queríamos descobrir a origem biofísica das ondas e se elas desempenham um papel na organização da migração celular coletiva. No entanto, não consideramos a transição líquido-sólido do tecido, o ruído inerente ao sistema ou a estrutura detalhada das ondas em 2D”.
Seu mais recente modelo de computador presta atenção à motilidade celular e às propriedades materiais do tecido. Com ele, Boocock e Hannezo descobriram como as células se comunicam mecânica e quimicamente e como se movem. Eles conseguiram replicar os fenômenos observados nas placas de Petri, verificando uma explicação teórica da comunicação celular baseada em leis físicas.
Testando a teoria
Para a prova experimental, Boocock e Hannezo colaboraram com o biofísico Tsuyoshi Hirashima. Para testar rigorosamente se o novo modelo é aplicável a sistemas biológicos reais, os cientistas usaram monocamadas 2D de células MDCK – células renais específicas de mamíferos – que são um modelo in vitro clássico para essa pesquisa. “Se inibirmos uma via de sinalização química que permite que as células sintam e gerem forças, as células param de se mover e nenhuma onda de comunicação se espalha”, explica Hannezo. “Com nossa teoria, podemos facilmente alterar diferentes componentes do sistema complexo e determinar como a dinâmica do tecido se adapta.”
Qual é o próximo?
O tecido celular se assemelha a cristais líquidos em alguns aspectos: ele flui como um líquido, mas é organizado como um cristal. Boocock acrescenta: “Em particular, o comportamento semelhante ao cristal líquido do tecido biológico só foi estudado independentemente das ondas mecanoquímicas”. Uma extensão para tecidos 3D ou monocamadas com formas complexas, assim como em organismos vivos, é uma possível avenida futura de investigação. Os pesquisadores também começaram a otimizar o modelo em relação à cicatrização de feridas. Onde os parâmetros melhoram o fluxo de informações, a cura foi acelerada – em simulações de computador. Hannezo acrescenta com entusiasmo: “O que é realmente interessante é como nosso modelo funcionaria bem para a cicatrização de feridas em células dentro de organismos vivos”.
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