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Los investigadores descubren la causa mecánica para el estiramiento por presión de la célula

Los límites exteriores o internos de órganos en el cuerpo humano se forran con las supuestas hojas epiteliales. Éstas son capas de las células epiteliales que pueden cambiar individualmente su forma 3D -- cuál es qué suceso durante procesos biológicos como el revelado del órgano (morfogénesis), el equilibrio fisiológico (homeostatis) o la formación del cáncer (carcinogénesis). Del interés determinado es el proceso del estiramiento por presión de la célula, donde una célula pierde su superficie de la “capota” o de la “parte inferior” y se elimina posteriormente de la capa. Una comprensión completa de este fenómeno desde un punto de vista mecánico ha estado faltando, pero ahora, Satoru Okuda y Koichi Fujimoto de la universidad de Kanazawa han descubierto que hay una causa puramente mecánica para el estiramiento por presión de la célula.

Mecánicamente hablando, una hoja epitelial (de una sola capa) simple es análoga a una espuma, y se puede representar como capa de poliedros interconectados. Okuda y Fujimoto utilizaron tal modelo de la espuma para describir una capa monomolecular de células epiteliales, con cada célula un poliedro con el volumen medio V. Cada célula es caracterizada más a fondo por el número de las células vecinas n, del área del apical (“capota ") y del área (“") de la superficie inferior básica. El modelo, teniendo en cuenta fuerzas mecánicas entre las células vecinas, lleva a una fórmula para la energía mecánica total de una hoja epitelial en función solamente de algunos parámetros, incluyendo V y n, así como la densidad del en-avión y una cantidad llamadas la agudeza, que puede distinguir entre las situaciones donde están presentes las superficies básicas y/o apicales o no. (La superficie apical desaparecida A implica el estiramiento por presión básico y vice versa.) Estudiando cómo la energía cambia variando estos pocos parámetros, los investigadores podían obtener discernimientos valiosos en los mecánicos de una hoja epitelial.

El encontrar dominante de Okuda y de Fujimoto es que el sistema exhibe una inestabilidad mecánica inherente: los pequeños cambios en topología de la célula o densidad de célula pueden causar el estiramiento por presión de la célula sin las fuerzas adicionales que son aplicadas. Además, resulta que una célula que experimenta el estiramiento por presión genera fuerzas dentro de la capa, que puede dirigir el estiramiento por presión de otras células a cualquier lado de la capa.

Los científicos también encontraron muchos acuerdos entre los resultados de su modelo y las observaciones en sistemas vivos, tales como el acontecimiento de diversas geometrías epiteliales (e.g. el “rosetón” o pseudostratified las estructuras).

El modelo obviamente tiene limitaciones, por ejemplo las suposiciones que la hoja entera y las superficies individuales de la célula no están curvadas sino completamente. Sin embargo, citando a los investigadores, “a pesar de sus limitaciones, [] el modelo ofrece una guía a entender la amplia gama de la fisiología epitelial que ocurre en morfogénesis, homeostasis, y carcinogénesis”.

[Fondo]

Células epiteliales

El tejido epitelial, una de cuatro clases (o animal) de tejido humano, está situado en las superficies exteriores de órganos y de vasos sanguíneos en el cuerpo humano, y en las superficies internas de “espacios huecos” en diversos órganos internos. Un ejemplo típico es la capa exterior de la piel, llamada la epidermis. El tejido epitelial consiste en las células epiteliales; puede ser apenas una capa de las células epiteliales (epitelio simple), o dos o más (epitelio acodado o estratificado). Satoru Okuda y Koichi Fujimoto de la universidad de Kanazawa ahora han modelado un epitelio simple como una ordenación de poliedros para estudiar sus propiedades mecánicas y específicamente el proceso del estiramiento por presión de la célula epitelial.

Estiramiento por presión de la célula

En tejido epitelial, los estiramientos por presión de la célula suceso -- los procesos por el que las células epiteliales “se eliminen” del epitelio. El estiramiento por presión de la célula es un proceso biológico importante, regulando por ejemplo el retiro de células (muertas) apoptotic, el incremento del tejido y la reacción al cáncer. Okuda y Fujimoto observaban un epitelio simple desde un punto de vista mecánico. Modelando el epitelio como capa de poliedros interconectados, encontraron ese estiramiento por presión de la célula -- por el que el fondo superior o de un poliedro se encoja a un punto y entonces desaparece -- se puede considerar una propiedad puramente mecánica. Una inestabilidad inherente, presente en hojas homogéneas, puede llevar a las células que son sacado debido a los pequeños cambios en densidad o topología.

Source:
Journal reference:

Okuda, S., et al. (2020) A Mechanical Instability in Planar Epithelial Monolayers Leads to Cell Extrusion. Biophysical Journal. doi.org/10.1016/j.bpj.2020.03.028.