Como as pilhas usam fluxos biológicos muito lentos para sinalizar e organizar

Uma equipe de EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausana) conduzida pelo professor melodia Swartz tem demonstrado pela primeira vez que a presença de fluxos biológicos muito lentos afecta o ambiente extracelular nas maneiras que são críticas para a formação do tecido e a migração da pilha.

Seus resultados aparecerão em linha a semana do 24 de outubro nas continuações da Academia Nacional das Ciências.

Um desafio principal para a engenharia do tecido é identificar os ingredientes ambientais essenciais que as pilhas precisam a fim se comunicar, migrar, e organizar em tecidos vivos. Um destes ingredientes é a presença, fora da pilha, de mudanças minúsculas na concentração de proteínas especiais chamadas morphogens. As pilhas podem detectar mesmo as diferenças as mais minúsculas na concentração do morphogen e alterarão suas funções em conformidade. Na revelação embrionária, as células estaminais diferenciam-se em órgãos por meio das acções dos morphogens. E mesmo as células cancerosas podem usar morphogens para crescer, induzir um fluxo sanguíneo, e para reproduzir-se por metástese.

Embora o conceito da organização da pilha em resposta a estes inclinações do morphogen seja bem documentado, pouco é sabido sobre como estas mudanças subtis da concentração obtêm estabeleceram o primeiro lugar, particularmente dentro do ambiente dinâmico de um tecido real. Esta pesquisa fornece a evidência que as forças biofísicas minúsculas no ambiente extracelular podem jogar um papel importante.

Swartz e seus colegas encontraram que os fluxos biofísicos lentos, tais como os fluxos lentos que existem entre os capilares linfáticos e do sangue para ajudar a transportar macromoléculas do sangue aos tecidos, jogam um papel importante na formação destes inclinações. Usaram um modelo computacional desenvolvido pelo aluno de doutoramento Mark Fleury para demonstrar isso na presença de um fluxo lento, as pilhas podem estabelecer e mesmo amplificar seus próprios inclinações do morphogen. “Este sistema excelente pode ter evoluído como uma maneira para que as pilhas ganhem o melhor controle de seus arredores extracelulares locais, onde podem usar as forças fluidas que existem nos tecidos para dirigir e amplificar uma comunicação e a organização,” explica Swartz.

O primeiro leme de Cara-Lynn autor (um aluno de doutoramento na Universidade Northwestern) usou um modelo in vitro da formação capilar para demonstrar o prova--conceito que os fluxos biofísicos pequenos jogam um papel crítico na formação do tecido. Colocou o sangue humano e pilhas endothelial linfáticas em um ambiente que contem o factor de crescimento endothelial vascular do matriz-limite (VEGF) e sujeitou o sistema a um fluxo externo-induzido muito lento.

Sem o fluxo, a organização muito pequena da pilha ocorreu. Com a combinação de fluxo e de VEGF, as pilhas endothelial conectadas e organizadas, rapidamente formando capilares. “Nós demos a nossas pilhas o ambiente direito e um ímpeto físico e as duas circunstâncias combinaram synergistically, conduzindo as pilhas para organizar em estruturas funcionais,” diz Swartz.

Esta pesquisa mostra claramente e pela primeira vez esse as forças biofísicas pequenas estão entre os ingredientes ambientais críticos que as pilhas precisam de migrar e organizar em tecidos funcionais. Este conhecimento novo podia imediatamente ser usado em aplicações da engenharia do tecido. Poderia igualmente ser usado para melhorar nossa compreensão de processos celulares básicos da sinalização e da organização.

“Este resultado pode ser generalizado a todo o sistema que for conduzido pelos inclinações da proteína que ligam à matriz extracelular,” notas Swartz. “Isto inclui as proteínas que conduzem pilhas imunes no sistema linfático, uma parte importante da resposta imune, e outro que conduz pilhas do tumor no sistema linfático, onde espalham e se tornam inoperante. Nós precisamos de compreender estes processos básicos se nós queremos às estratégias de projecto as aumentar ou inibir.”