El análisis

La mecanobiología, la nueva disciplina que está revolucionando la investigación científica

horloge copy 7 Created with Sketch. 4 MIN


Benoît Ladoux

Colíder del grupo de investigación en Adhesión Celular & Mecánica en el Institut Jacques Monod, el profesor Benoît Ladoux y sus equipos exploran desde hace varios años el territorio aún poco conocido de la mecanobiología. Nos cuenta su visión de los mecanismos implicados y de los retos relacionados con esta disciplina.

La mecanobiología, una ciencia que pone las células bajo presión

La mecanobiología, la ciencia que estudia la influencia de las fuerzas mecánicas en los tejidos biológicos, ha sido poco abordada en el siglo XX, pero está en pleno desarrollo desde hace unos treinta años. «Durante mucho tiempo se ha hecho hincapié en los procesos biológicos y se ha subestimado el papel de la mecánica en la formación de las células», explica el profesor Benoît Ladoux. Los primeros trabajos sobre el tema se remontan a principios del siglo XX, con la publicación en 1917 del libro titulado «Sobre el crecimiento y la forma» del biólogo escocés D’Arcy Thompson. «Fue uno de los primeros en interesarse por los procesos de desarrollo de las plantas y los animales y, en particular, por los efectos de las tensiones físicas sobre las células». Fue a partir de los años 1980 cuando, bajo la influencia de trabajos pioneros, la investigación en mecanobiología empezó a acelerarse. «Las nuevas técnicas científicas han permitido observar que las fuerzas mecánicas ejercidas sobre las células y su entorno influyen en su formación y en la manera en que migran, interactúan y se adhieren unas a otras.»

El profesor Benoît Ladoux fue investigador en el laboratorio Materia y Sistemas Complejos de la Universidad Paris Diderot y adquirió experiencia a la cabeza de un equipo que trabajaba en física, biología e ingeniería. Hoy pone sus conocimientos pluridisciplinarios al servicio del Institut Jacques Monod en París para estudiar la mecanobiología. «Con el grupo de investigación Adhesión Celular & Mecánica, intentamos comprender cómo funciona el entorno mecánico, su geometría, su rigidez y las fuerzas ejercidas por y en las células. En particular, observamos el comportamiento de las células epiteliales que cubren la superficie externa o interna de los órganos: estrechamente apretadas unas a otras, interactúan mucho entre sí por medio de moléculas de adhesión celular.»

Cómo las señales mecánicas influyen en el desarrollo biológico de los tejidos y los órganos

Uno de los principios clave estudiados es la mecanotransducción: las células integran las señales mecánicas que reciben y las convierten en señales bioquímicas. «Es un proceso que se produce en todos los niveles: desde la molécula hasta el desarrollo de los tejidos y los órganos, pasando por la célula.»

A nivel de la biología celular, observamos que los estímulos mecánicos   del entorno influyen en las interacciones de las células entre sí y con la matriz que las rodea. Gracias al cultivo de células en sustratos con diferentes grados de rigidez, los equipos del Institut Jacques Monod han constatado que la adhesión de las células entre sí puede variar. «Si se colocan en un sustrato demasiado blando, patinan y no se agarran bien, lo que desorganiza su estructura interna. Por el contrario, cuando se colocan en un sustrato más duro, se refuerza su adhesión. Estos cambios del entorno las llevan a adaptar su arquitectura interna como su citoesqueleto para poder apoyarse y ejercer fuerzas adecuadas».

Las repercusiones son visibles a nivel de la morfogénesis, el proceso por el que un organismo desarrolla su forma: «el vínculo que une las células entre sí explica una parte de las propiedades de un tejido y un organismo. Por consiguiente, las señales mecánicas que modifican la formación y la adhesión de las células influyen en el desarrollo de la estructura de los tejidos. Hoy el reto es comprender cómo las tensiones mecánicas externas se propagan a través del citoplasma hasta el núcleo celular para activar el programa genético adecuado». Trabajos recientes han demostrado en particular que las fuerzas mecánicas orientan el desarrollo embrionario de algunos organismos. «En 2011, el equipo de Michel Labouesse ha mostrado que las contracciones de las células musculares del gusano nematodo C. Elegans (un diminuto gusano transparente e independiente de aproximadamente un milímetro) se transmiten a las células epiteliales, lo que le permite alargarse. Ésta es la prueba que la mecanobiología tiene un impacto en el desarrollo de los organismos.»

Cicatrización, lucha contra el cáncer… La mecanobiología representa una importante novedad para la investigación

Después de seis años de investigación, la mecanobiología está revolucionando muchas áreas de investigación, especialmente el fenómeno de la cicatrización y la lucha contra el cáncer.

En lo que respecta a la cicatrización, la mecanobiología facilita y acelera el cierre de las heridas crónicas o graves. «Nuestros trabajos en el Mechanobiology Institute de Singapur han podido demostrar, por ejemplo, que si la matriz subyacente está deteriorada, lo que trastorna la adhesión de las células a su entorno, las fuerzas de contracción del cordón celular que rodea la zona dañada permiten formar una capa de células en suspensión por encima de la herida y cerrar así la herida.»

En cuanto a la lucha contra el cáncer, especialmente los tumores de origen epitelial, las células reaccionan a las fuerzas y los cambios mecánicos del entorno, tales como su rigidización, para comunicar y modificar su cohesión. «Comprender estas modificaciones resulta esencial para estudiar la invasión de las células tumorales y combatir así algunos tumores.»

Comprender los intercambios entre las células y las fuerzas mecánicas: un reto fundamental

«La mecanobiología abre muchas vías de investigación, pero también plantea muchos retos», entre los cuales uno fundamental en opinión del profesor Benoît Ladoux: «Comprender cómo las tensiones mecánicas se propagan desde el entorno hasta el núcleo de las células. Las señales mecánicas no siguen une trayectoria unidireccional del exterior al interior, ya que las células reaccionan y responden a estas señales, por lo que hay intercambios bidireccionales. Comprender mejor estas interacciones entre física y biología es indispensable para seguir avanzando en este nuevo campo de la investigación.»