&bala; Física 18, 65
As experiências sugerem que as células incluem padrões mais ordenados à medida que os tamanhos relativos de seus núcleos crescem.
O empacotamento geométrico de células biológicas geralmente muda drasticamente durante o desenvolvimento do organismo, mas os mecanismos que controlam essas mudanças permanecem misteriosos. Em novos experimentos em células de pulmão humano que crescem em um substrato esférico, os pesquisadores mostraram que as células se encaixam em padrões cada vez mais bem ordenados à medida que o desenvolvimento prossegue (1). O principal fator da mudança parece ser a rigidez dos núcleos celulares – à medida que uma célula se torna maior, essa rigidez tem um efeito maior na forma da célula, levando a uma embalagem mais apertada com seus vizinhos. Esse entendimento, sugerem os pesquisadores, pode ajudar a projetar materiais bio-inspirados artificiais, como tecidos inteligentes ou peles artificiais.
Muitos órgãos humanos, como pulmões, vasos sanguíneos e intestinos, têm células em suas superfícies externas que executam tarefas biológicas importantes. Essas células de superfície coordenam ativamente suas posições para formar várias estruturas de tecido, diz Ming Guo, um biólogo computacional do MIT. “Mas ainda não sabemos como eles alcançam essa coordenação entre suas posições relativas”, diz ele.
Na tentativa de entender, Guo e colegas realizaram experimentos controlados usando células epiteliais alveolares, que formam pequenos sacos de ar chamados alveolosferas nos pulmões. Esses sacos de ar estão localizados nas extremidades dos tubos de ar, onde permitem que oxigênio e dióxido de carbono sejam trocados entre o ar e o sangue. Para modelar essas estruturas, a equipe cultivou monocamadas de células epiteliais alveolares nas superfícies das esferas feitas de um gel de nutrientes. À medida que as células se multiplicavam e se desenvolveram, as alveolosferas artificiais cresciam de tamanho. Os pesquisadores mediram células individuais usando microscopia e rastrearam o tamanho relativo dos núcleos celulares usando uma técnica padrão que envolve proteínas fluorescentes verdes.
Para representar a rede celular dentro de uma alveolosfera, a equipe criou padrões de ladrilhos, onde cada ladrilho em forma de polígono correspondia a uma célula e o número de lados em um ladrilho representava o número de vizinhos mais próximos. As formas de ladrilhos mais comuns foram pentágions, hexágonos e heptagonos. Para pequenas alveolosferas, os pentágonos eram o motivo dominante, mas estruturas maiores tinham um número maior de hexágonos. Essa mudança para mais hexágonos-e assim para mais uniformidade na orientação célula a célula-implementou que o empacotamento de células se tornou mais ordenado à medida que as alveolosferas aumentavam. Os pesquisadores também compararam as estruturas de rede observadas com as de um modelo de linha de base de embalagem aleatória em uma esfera e encontraram evidências de que o empacotamento da alveolosfera é influenciado por algum fator interno nas células.
Quanto ao que esse fator interno pode ser, Guo e seus colegas voltaram sua atenção para o núcleo celular, pois o núcleo é a maior organela celular nas células eucarióticas e é consideravelmente mais rígida que o restante do inside celular. “Por causa dessas propriedades, nos perguntamos se o tamanho nuclear da célula poderia desempenhar um papel importante na regulação da distância célula -célula e coordenando o padrão de embalagem”, diz Guo.
Ele acrescenta que essa hipótese seria consistente com outras descobertas. Por exemplo, ele aponta para um estudo recente de moscas de frutas que mostram que as células embalando no cérebro e nos olhos podem ser mais apertadas se cada célula tiver uma fração mais alta de sua área ocupada por seu núcleo.
Para testar ainda mais essa idéia, os pesquisadores realizaram outro conjunto de experimentos em que aplicaram pressão às células. A pressão comprimiu as porções externas mole das células, enquanto os núcleos mais rígidos permaneceram aproximadamente do mesmo tamanho. Como resultado, os tamanhos relativos dos núcleos aumentaram. Ao mesmo tempo, a embalagem das células tornou -se mais ordenada. Essas observações indicam, diz Guo, que as células com núcleos relativamente grandes são mais rígidos e, portanto, são mais restritos na maneira como organizam em relação aos vizinhos.
A equipe planeja acompanhar este trabalho com uma investigação sobre se esse comportamento de embalagem pode influenciar a função biológica, como a maturação das alveolosferas. Guo também vê possíveis oportunidades tecnológicas em imitar o comportamento de embalagem das células. Por exemplo, este trabalho pode beneficiar o design de eletrônicos vestíveis, onde os engenheiros precisam para amarrar componentes eletrônicos com eficiência em corpos humanos curvos.
“Esta pesquisa é um belo exemplo de como a física da embalagem é tão importante nos sistemas biológicos”, diz o físico Peter Yunker, do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Ele diz que os pesquisadores introduzem a idéia de que o empacotamento de células pode ser controlado pelo tamanho relativo do núcleo, que “é um parâmetro de controle acessível que pode desempenhar papéis importantes durante o desenvolvimento e pode ser usado na bioengenharia”.
–Mark Buchanan
Mark Buchanan é um escritor de ciências freelancers que divide seu tempo entre Abergavenny, Reino Unido, e Notre Dame de Courson, França.
Referências
- W. Tang et al.“Topologia e tamanho nuclear determinam a embalagem de células em esferóides pulmonares em crescimento”. Phys. Rev. x 15011067 (2025).
