&bala; Física 18, 90
A segregação de dois tipos de células nos estágios iniciais do desenvolvimento do embrião pode ser ativada por diferenças em sua rigidez.
As células-tronco em um embrião de mamíferos em estágio inicial se desenvolvem em dois tipos que precisam segregar. Pensa -se que as propriedades mecânicas das células influenciam essa segregação de alguma forma, e os experimentos agora sugerem que as rigidez dos dois tipos de células são fundamentais (1). Os resultados podem melhorar a compreensão dos pesquisadores sobre o desenvolvimento de embriões e também podem ser aplicáveis a outros processos, como a progressão de tumores de câncer.
No início, um embrião forma um blastocisto, uma concha esférica na qual um grupo de células -tronco chamado de massa de células internas gruda em uma região da parede interna. Essas células se desenvolvem em dois tipos: células epiblastos (EPI), que finalmente formarão o feto, e as células endodermerm primitivas (pré), que formam o saco de gema e outros tecidos de apoio. Os dois tipos emergem em um arranjo aleatório na massa celular interna, mas então eles precisam segregar para formar uma camada de pré -células que cobrem o blob de células EPI ligadas à parede do blastocisto.
Acreditava-se há muito tempo que a segregação foi impulsionada por diferenças na adesão dos dois tipos de células, causando uma atração semelhante ao tipo-como as células, análoga à separação de fases em líquidos e ligas. Mas essa ideia não parece funcionar porque o epi e as células não têm adesão significativamente diferente (2). Outra explicação proposta é que um tipo de célula tem uma superfície de membrana mais irregular e flutuante (3).
Christine Ritter e colegas da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, oferecem outra possibilidade. Eles investigaram o comportamento das células -tronco embrionárias de camundongos quando são cultivadas em um prato nos estágios iniciais do desenvolvimento. No estágio estudado pelos pesquisadores, as células acabaram de começar a transição – estão “preparadas em direção” – os tipos de EPI e pré e são chamados de células EPI (pepi) e PREP (PRE) primilhadas.
Ritter e colegas mediram as rigidez (elasticidades) de células individuais observando grupos de lipídios semelhantes a gotículas chamados grânulos que as células contêm. Os pesquisadores usaram pinças ópticas para manter um único grânulo confinado e depois assistiram a movimentos brownianos. A partir dessa calçada, eles poderiam calcular a viscosidade do fluido celular interno e, portanto, a elasticidade celular (tecnicamente, o módulo de Younger, uma medida de quanto um materials se deforma para uma determinada quantidade de tensão).
Eles descobriram que as células PPRE são significativamente mais rígidas (mais parentes) do que as células pepi. Utilizando uma técnica de microscopia de alta resolução, a equipe deduziu que essa diferença de elasticidade é atribuída ao maior número de filamentos rígidos, feitos a partir da actina da proteína, nas células PPRE.
Para determinar se essa diferença na elasticidade poderia induzir a classificação de células que os pesquisadores observaram em suas culturas celulares ao longo de algumas horas, eles realizaram simulações bidimensionais e tridimensionais de conglomerados de células deformáveis rígidas e suaves. As simulações incorporaram o fato de que as células experimentam tensões internas resultantes dos movimentos constantes de uma rede interna de filamentos de proteínas. De acordo com as simulações, esse estresse “ativo” faz com que as células PPRE mais rígidas migrem gradualmente para uma camada na parte externa de uma massa central das células mais suaves pepi. Essa segregação ocorre porque as células mais macias podem mexer entre as mais rígidas. “As células moles se deformam com mais facilidade, permitindo trocas de vizinhos mais frequentes”, diz Amin Doostmohammadi, membro da equipe. “Isso lhes dá um comportamento de fluido, permitindo que eles se infiltem e se agrupem em regiões de células mais rígidas e mais sólidas”.
“A idéia de elasticidade celular como gatilho para a segregação celular é bastante nova”, diz o biofísico Benoît Ladoux, do Max Planck Middle for Physics and Medication, na Alemanha. “A idéia de que propriedades mecânicas como deformabilidade e elasticidade influenciam a classificação e a segregação pode potencialmente apontar para um princípio mais geral”, acrescenta. Por exemplo, pode ser relevante para o comportamento dos tecidos cancerígenos. Mas ele diz que ainda não está claro se o mecanismo proposto é o correto, dadas as outras possibilidades relatadas anteriormente. De fato, Ritter e colegas suspeitam que, em embriões reais, existem vários fatores mecânicos em jogo e que a importância de cada um depende do estágio de desenvolvimento do embrião.
Jenny Nichols, bióloga do desenvolvimento da Universidade de Edimburgo, no Reino Unido, adverte que as culturas de células podem não ser diretamente comparáveis a embriões reais. E testar o mecanismo proposto não será fácil, diz ela, porque “seria extremamente desafiador encontrar uma maneira crível de verificar as propriedades das células in vivo sem quebrar o embrião. ” Mas Doostmohammadi contraria que, dada a combinação de experimentos e modelagem: “Estamos confiantes de que o mecanismo que propomos pode operar in vivocomo um motorista dominante ou em combinação com outros mecanismos. ”
–Filip Ball
Philip Ball é um escritor de ciências freelancer em Londres. Seu último livro é Como a vida funciona (Picador, 2024).
Referências
- CM Ritter et al.“A elasticidade diferencial afeta a segregação de linhagem de células -tronco embrionárias”. Phys. Rev. Lett. 134168401 (2025).
- Ok. Filimonow et al.“Nenhuma evidência de envolvimento da E-caderina na especificação do destino celular ou a segregação de EPI e pré nos blastocistos de camundongos”. PLoS um 14E0212109 (2019).
- A. Yanagida et al.“As flutuações da superfície celular regulam a classificação de linhagem embrionária precoce”. Célula 1851258 (2022).
