Colaboração internacional para descobrir como as células se comunicam por meio de vibrações
Organismos de todas as formas e tamanhos se comunicam vibrando o material sólido de seus ambientes, e evidências iniciais sugerem que células individuais em nossos corpos podem fazer o mesmo. Uma equipe de pesquisadores de Israel, Reino Unido, Espanha e Estados Unidos recebeu uma bolsa de três anos de US$ 1,5 milhão do Human Frontier Science Program para estudar esse novo modo potencialmente transformador de comunicação célula a célula. O projeto reúne especialistas em mecanobiologia celular, comunicação vibracional e modelagem computacional para explorar se as células podem transmitir informações umas às outras por meio de pequenas vibrações no arcabouço de proteínas que as cercam.
A equipe de pesquisa é liderada por Ayelet Lesman, professora da Escola de Engenharia Mecânica da Universidade de Tel Aviv, em Israel. Os co-investigadores incluem Guy Genin, o Professor Harold e Kathleen Faught de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis; Beth Mortimer, professora associada de biologia animal na Universidade de Oxford; e Ramon Zaera, professor do Departamento de Mecânica do Contínuo e Análise Estrutural da Universidade Carlos III de Madrid.
“Estamos tremendamente animados em combinar nossa expertise diversa para investigar essa questão de ponta”, disse Lesman, pesquisador principal da bolsa. “Nossos modelos preliminares sugerem que as células podem ser capazes de se comunicar por distâncias relativamente longas por meio de movimentos dinâmicos na matriz extracelular, semelhante a como as aranhas sentem vibrações por meio de suas teias. Mas isso nunca foi estudado diretamente antes.”
Mortimer, um biólogo que estuda a comunicação vibracional em animais como aranhas e elefantes, liderará o trabalho experimental para registrar e caracterizar as vibrações hipotéticas geradas por células usando técnicas de vibrometria a laser de última geração.
“Estou ansiosa para aplicar abordagens da minha pesquisa sobre comunicação animal em macroescala para escutar os sussurros em nanoescala entre as células”, disse ela.
As propriedades físicas medidas das vibrações alimentarão modelos computacionais liderados por Zaera para mapear como o sinal se propaga através da matriz extracelular.
“Os modelos de elementos finitos de materiais fibrosos existentes no meu laboratório estão bem posicionados para simular como a matriz extracelular, com sua arquitetura complexa, conduz informações mecânicas dinâmicas”, disse Zaera.
Por fim, a equipe estudará como as células detectam e respondem aos sinais vibracionais em nível molecular usando microscopia ao vivo e biomarcadores, orientada por Genin, especialista em mecanobiologia celular.
“Com base na minha pesquisa sobre como as células transduzem pequenas forças mecânicas durante a cicatrização de feridas e fibrose, prevejo que essas vibrações podem ativar vias de sinalização mecanossensíveis para coordenar o comportamento celular”, disse Genin.
Esse novo modo de comunicação célula-célula, se validado, pode ter implicações importantes para processos saudáveis e patológicos envolvendo interação celular e comportamento coletivo, desde o desenvolvimento embrionário até a cicatrização de feridas e metástase do câncer, disseram os pesquisadores.
“Ao entender a 'linguagem' que as células usam para falar umas com as outras por meio de vibrações da matriz extracelular, podemos identificar novas maneiras de promover a cura e bloquear condições patológicas”, disse Lesman. “Por exemplo, poderíamos potencialmente programar 'mensagens' para estimular a regeneração do tecido ou bloquear sinais que permitam a invasão de células tumorais.”
O programa de pesquisa envolverá o desenvolvimento de novas técnicas para bioimpressão 3D de estruturas de célula-matriz definidas para controlar a distância e orientação célula-célula. O projeto visa mostrar que as células podem gerar, propagar e perceber informações vibracionais complexas através da matriz extracelular e elucidar os principais parâmetros de célula e matriz que governam esse processo.
“Essa pesquisa interdisciplinar de alto risco e alta recompensa só é possível por meio da colaboração internacional”, disse Genin. “Ao combinar nossa expertise complementar, podemos perseguir essa hipótese empolgante na fronteira da mecanobiologia celular de uma forma que nenhum de nós conseguiria fazer sozinho. Pesquisas interessantes surgirão disso, independentemente de os experimentos, em última análise, apoiarem nossa hipótese.”
A equipe disse que este trabalho pode abrir um novo paradigma para entender e projetar como as células coordenam suas atividades individuais em comportamentos coletivos, com potenciais aplicações futuras em medicina regenerativa, terapia do câncer e biologia sintética.
“Estamos entusiasmados por ter a oportunidade de trabalhar juntos neste projeto potencialmente inovador”, disse Genin. “E somos muito gratos ao Human Frontiers Science Program por compartilhar nossa visão de usar ciência inovadora e interdisciplinar para explorar um novo caminho potencial para como as células se comunicam.”
