{"id":1238,"date":"2017-12-13T17:36:03","date_gmt":"2017-12-13T16:36:03","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=1238"},"modified":"2017-12-13T17:37:03","modified_gmt":"2017-12-13T16:37:03","slug":"las-celulas-estrenan-modelito","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2017\/12\/13\/1238\/","title":{"rendered":"Las c\u00e9lulas estrenan \u201cmodelito\u201d"},"content":{"rendered":"

Por Blanca Gonz\u00e1lez Berm\u00fadez (Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid)<\/p>\n

Cuando se habla de la c\u00e9lula, de su estructura, funciones, interacciones o posibles patolog\u00edas, se mantiene muchas veces un enfoque bioqu\u00edmico: el gen X codifica una prote\u00edna que regula el gen Y, el cual, a su vez, codifica la prote\u00edna Z, y as\u00ed sucesivamente. Es natural que esto ocurra, ya que la biolog\u00eda celular se ha basado en principios bioqu\u00edmicos -moleculares y gen\u00e9ticos-, para explicar el funcionamiento de las c\u00e9lulas. Pero, como siempre, la naturaleza hace las cosas un poco m\u00e1s complicadas.<\/p>\n

El caso es que desde los a\u00f1os 70 sabemos que una buena parte de los procesos celulares est\u00e1n relacionados tambi\u00e9n con el comportamiento mec\u00e1nico de las c\u00e9lulas. Por ejemplo, los gl\u00f3bulos blancos<\/strong><\/a> se activan y se vuelven m\u00e1s deformables cuando detectan una infecci\u00f3n. Ciertas enfermedades, como la malaria<\/strong><\/a>, provocan un aumento en la rigidez de los gl\u00f3bulos rojos, y se ha observado que las c\u00e9lulas cancerosas<\/strong><\/a> se vuelven m\u00e1s flexibles, y por ello migran con mayor facilidad, que las c\u00e9lulas sanas. A\u00fan m\u00e1s, las c\u00e9lulas son capaces de detectar la rigidez<\/strong><\/a> y las fuerzas mec\u00e1nicas de su entorno. Una misma c\u00e9lula madre, por ejemplo, se puede diferenciar en una neurona o en un miocito cambiando simplemente la rigidez del sustrato.<\/p>\n

En definitiva, se ha podido constatar que las propiedades mec\u00e1nicas de las c\u00e9lulas pueden emplearse como biomarcadores del estado celular. Partiendo de esta idea, se han desarrollado en las \u00faltimas d\u00e9cadas varias t\u00e9cnicas experimentales<\/strong><\/a> para estudiar el comportamiento mec\u00e1nico de la c\u00e9lula y las fuerzas que ejerce sobre su entorno: la microscop\u00eda de fuerza at\u00f3mica, la aspiraci\u00f3n con micropipeta, la citometr\u00eda \u00f3ptica y magn\u00e9tica, o la microscop\u00eda de fuerzas de tracci\u00f3n, entre otras.<\/p>\n

En el laboratorio de Biomateriales (CTB-UPM), hemos puesto a punto la t\u00e9cnica de aspiraci\u00f3n con micropipeta, que nos ha servido para comparar las propiedades mec\u00e1nicas de c\u00e9lulas en distintas condiciones<\/strong><\/a>. Con este procedimiento podemos aspirar las c\u00e9lulas en suspensi\u00f3n mediante un microcapilar de vidrio, aplicando una diferencia de presi\u00f3n entre el interior del microcapilar y la muestra de c\u00e9lulas. Las im\u00e1genes del ensayo de aspiraci\u00f3n se procesan autom\u00e1ticamente en un ordenador y obtenemos as\u00ed la longitud aspirada de la c\u00e9lula en el interior del microcapilar en cada instante.<\/p>\n

Pero nos quedaba una barrera pendiente: \u00bfqu\u00e9 modelo mec\u00e1nico emplear en nuestros experimentos? En una c\u00e9lula hay diferentes org\u00e1nulos contenidos en el citoplasma, conectados entre s\u00ed por un entramado muy complejo, que apenas ahora estamos cartografiando<\/strong><\/a> con detalle. Esto ha supuesto que se hayan generado m\u00faltiples modelos mec\u00e1nicos de la c\u00e9lula, si bien el desarrollo de un modelo que describa de manera integral el complejo comportamiento de las c\u00e9lulas sigue suponiendo un desaf\u00edo en la actualidad. Para la t\u00e9cnica de aspiraci\u00f3n con micropipeta, hay modelos que asumen que la c\u00e9lula se comporta como un s\u00f3lido el\u00e1stico lineal incompresible en peque\u00f1as deformaciones, y que permiten calcular el m\u00f3dulo el\u00e1stico de la c\u00e9lula en funci\u00f3n de la presi\u00f3n y longitud aspirada en la micropipeta.\u00a0 Tambi\u00e9n existen modelos para grandes deformaciones, que analizan la viscosidad aparente de las c\u00e9lulas asumiendo un comportamiento de fluido viscoso Newtoniano. Sin embargo, nos resulta curioso que los modelos m\u00e1s empleados para la aspiraci\u00f3n de c\u00e9lulas con micropipeta no tengan en cuenta el tama\u00f1o finito de las c\u00e9lulas ni el contacto con la micropipeta. Adem\u00e1s, asumen que las c\u00e9lulas son imcompresibles, es decir, que tienen un coeficiente de Poisson de 0,5.<\/p>\n

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Figura 1<\/strong>. Simulaci\u00f3n num\u00e9rica de la aspiraci\u00f3n de c\u00e9lulas con micropipeta.<\/p>\n

Con la intenci\u00f3n de proponer una mejora en los modelos existentes para la aspiraci\u00f3n de c\u00e9lulas con micropipeta, hemos desarrollado una metodolog\u00eda que permite calcular el m\u00f3dulo el\u00e1stico y el coeficiente de Poisson de la c\u00e9lula aspirada<\/strong>. En este modelo num\u00e9rico axisim\u00e9trico, de elementos finitos, consideramos el contacto de la c\u00e9lula con la micropipeta, mediante un radio de acuerdo, y hemos hallado una relaci\u00f3n no lineal de la longitud aspirada de la c\u00e9lula con respecto a la presi\u00f3n de aspiraci\u00f3n (figura1). Tambi\u00e9n hemos comprobado que, empleando este modelo en ensayos de linfocitos<\/strong><\/a>, los valores del m\u00f3dulo el\u00e1stico y coeficiente de Poisson que obtenemos son razonables para este tipo de c\u00e9lulas.<\/p>\n

Los siguientes pasos de nuestra hoja de ruta van dirigidos a lograr automatizar a\u00fan m\u00e1s la t\u00e9cnica de aspiraci\u00f3n de c\u00e9lulas con micropipeta, con el fin de aumentar el n\u00famero de c\u00e9lulas analizadas por hora, de forma que un futuro pudiera aplicarse este modelo de trabajo al estudio de la deformabilidad de linfocitos T como biomarcador de la edad y funcionalidad.\u00a0 Pero eso es otro cantar.<\/p>\n

Mientras llega ese momento, podemos al menos afirmar que las c\u00e9lulas ya pueden lucir \u201cmodelito\u201d nuevo esta temporada.<\/p>\n

Referencias: <\/strong><\/p>\n