El movimiento preciso Understand article

Traducido por José L. Cebollada. Los movimientos de las células son muy importantes para la salud y la enfermedad pero la velocidad es crucial en el World Cell Race, Campeonato del Mundo de Células, organizado por Daniel Irimia.

Célula de cáncer de mama.
Imagen de dominio público.
Fuente: Bruce Wetzel y Harry
Schaefer/National Cancer
Institute)

Quizás no sea el deporte más apasionante pero para los biólogos, el campeonato es como las Olimpiadas. Este año el ganador fue una célula de cáncer de mama que alcanzó una velocidad máxima de 50 μm.h-1. Aunque pueda parecer frívolo el movimiento de las células juega un papel importante en la salud y en las enfermedades. Por ejemplo en el cáncer, en la actuación del sistema inmunitario, la cura de heridas o el desarrollo embrionario, además de otras funciones biológicas. Sin embargo aún no conocemos todo el proceso y tampoco hay medicamentos para aumentar o reducir la motilidad de las células.

Cylindrospermum, un tipo de
cianobacteria filamentosa
presente en ambientes
terrestres y acuáticos. 

Imagen de dominio público.
Fuente: Wikimedia

Las células tienen que moverse para encontrar alimento, defenderse de las amenazas, escapar de entornos hostiles o colonizar otros nuevos. Algunas células como los espermatozoides y muchas bacterias pueden nadar rápidamente impulsados por flagelos.

Otras, como las que participan en la carrera, se mueven mucho más despacio creando protrusiones en la membrana, pseudópodos, pequeños dedos que se adhieren a la superficie y arrastran al resto de la célula (ver figura 1). Las células que se mueven por este método se desplazan entre una y dos veces su longitud cada hora. Para comparar un caracol recorre 20 veces su cuerpo cada hora; Usain Bolt se movió a unos 18000 veces la longitud de su cuerpo en el sprint de la carrera con la que marcó el récord en los Juegos Olímpicos de 2012.

Usain Bolt en el Bolt Crystal
Grand Prix en 2009

Imagen cortesía de Paul Foot

Puede que el movimiento no sea muy rápido pero es muy importante. Por ejemplo la formación de diferentes capas de tejido durante el desarrollo embrionario que originan los órganos maduros y otras partes del cuerpo se produce por un movimiento celular coordinado con precisión. Cualquier migración incorrecta durante el desarrollo embrionario puede originar malformaciones o enfermedades como la espina bífida. Las heridas producidas en cualquier parte del cuerpo se curan cuando células madre especializadas se desplazan hasta la herida para regenerar los tejidos de los vasos sanguíneos, unen los tejidos desgarrados y crean piel nueva.

Mundial de velocidad para células, 2013

Clic en la imagen para
ampliarla. Figura 1: El avance
de la célula más rápida, de
cáncer de mama de la línea
celular MDA MB 231 S1,
durante el World Cell Race
de 2013. El núcleo de la
célula está teñido con un
azul inerte (Hoescht).

Imagen cortesía de Daniel
Irimia, Massachusetts General
Hospital

La pista de competición es un complicado lío de canales de 10 μm de anchura ordenados sobre una superficie creada para la ocasión mediante la técnica de litografía suave. Las paredes de ese laberinto son de silicona, un material inerte que permite un moldeado preciso para crear formas complicadas.

Se invita a los laboratorios de todo el mundo para que manden para la competición a sus células más rápidas. Se marcan con un tinte azul inerte y se colocan al final de uno de los laberintos.

La mayoría de las células se mueven sólo como respuesta a un estímulo, por ejemplo los nutrientes, pero los participantes de esta carrera eran células cancerosas que se movían de manera autónoma por el interior de los canales y más rápido que las no cancerosas.

Células de la sangre con
glóbulos blancos en el
centro.

Imagen cortesía de dominio
público, autor: Bruce Wetzel y
Harry Schaefer/National Cancer
Institute

Fotografiamos las placas cada 15 minutos durante 24 horas y el ganador es el cultivo con mayor número de células que se han movido más de 600 μm. Se puede ver cómo se mueven las células en la web del Mundial de velocidad para células 2013w1. La escena nos recuerda el cuento de ‘La tortuga y la liebre’ porque el cultivo vencedor, una línea celular de cáncer de mama llamada MDA MB 231 S1, no era la más rápida pero se movió sin parar durante toda la carrera. El segundo lugar fue para las células de un sarcoma (cáncer de tejido conjuntivo) MFH 137, que les costó mucho comenzar a moverse y aunque en la parte final fueron más rápidas sólo unas pocas cruzaron la meta.

El Mundial de velocidad para células va a celebrar su tercera edición. Para este último reto los organizadores han trazado caminos con curvas y otros sin salida para probar además de la velocidad la ‘inteligencia’ de las células. Así se obtiene mejor información de lo que sucede in vivo, donde las células tienen que abrirse paso a través de huecos intercelulares y orientarse en las tres dimensiones.


 

En la salud y en la enfermedad

Clic en imagen para ampliar.
Figura 2: Detalles de motilidad
celular. a) Formación de un
pseudópodo, una protrusión de
la membrana, en el borde
(derecha) de la célula; b) el
pseudópodo se fija a la
superficie mediante una
membrana proteica llamada
integrina (rojo); c) la mayor
parte del cuerpo celular se
impulsa adelante; y d) el borde
posterior de la célula se
despega de la superficie y
comienza de nuevo el ciclo.

Imagen cortesía de Alexandre
Saez via Wikimedia Commons

No sorprende que la ganadora fuera una célula de cáncer de mama. De las células de la mama, las cancerosas son de las más rápidas. Las células de cáncer tienden a extenderse desde la localización inicial del tumor hacia otras partes del cuerpo, es la metástasis. Mientras que algunas células se mueven hacia un estímulo o huyen de él (como nutrientes o luz), las células cancerosas decide sus movimientos, evitan espacios pequeños y parece que no sepan cuándo van a parar. Las células de cáncer necesitan sólo un mes para desplazarse 10 cm desde un tumor en el pecho hasta un nódulo linfático. Un cáncer con metástasis es muy difícil de tratar y suele ser mortal, por eso si conseguimos saber detener el movimiento de las células cancerosas podremos salvar vidas.

Hay más situaciones en las que conviene que las células se muevan más rápido. Los glóbulos blancos son una pieza fundamental de la respuesta inmune. Se desplazan rápidamente a los lugares infectados para aislar y destruir a los microbios y para ello eligen el camino más corto para atacar su objetivo. Los pacientes con quemaduras graves son más vulnerables a las infecciones y la causa puede deberse a que pierden su brújula interna y dejan de poder orientarse por lo que se retrasa su viaje hacia los patógenos. Por eso sería importante desarrollar medicamentos que aumentaran la velocidad o la eficacia con que los glóbulos blancos alcanzan la diana, para prevenir y tratar infecciones.

Pero no siempre conviene aumentar la velocidad de los glóbulos blancos. En enfermedades inflamatorias crónicas, como la artritis reumatoide o el asma, los glóbulos blancos confunden las señales químicas y migran hacia tejido sano causando inflamación y otros daños. En estos casos interesaría cancelar la migración de estas células.

Caracol de labio blanco
(Cepaea hortensis)

Imagen cortesía de Mad Max,
Kirkland, Washington

Falta mucho para comprender completamente cómo y por qué se mueven las células. Daniel y su compañero de organización esperan que la World Cell Race aumente el reconocimiento de la importancia que tiene la motilidad celular y promueva una mayor cooperación entre biólogos e ingenieros. También espera que sus métodos lleven a acordar métodos estandarizados para medir la motilidad de manera que el estudio del impacto de los medicamentos u otras maneras de controlar el movimiento sea más fácil.

Después de cada carrera, los competidores evalúan los resultados y comienzan a trabajar para el siguiente reto. Los organizadores ya han fijado la fecha de la próxima World Cell Race, el 14 de noviembre de 2014. En esa carrera los glóbulos blancos podrán competir contra células cancerosas en una épica batalla del bien contra el mal. Dictyostelium discoideum, un rápido moho del barro tiene su propia competición el 21 de marzo de 2014. Puedes suscribirte para recibir novedades en la web de World Cell Racew1.

Si quieres investigar en el aula la migración celular, los mohos del fango, y en especial el Dictyostelium o los glóbulos blancos, son perfectos para comenzar. ElDictyostelium crece muy rápido y es fácil de conservar en un caldo de agar a temperatura ambiente. Los glóbulos blancos se pueden ver fácilmente con un microscopio sencillo y la sangre de caballo se puede conseguir en muchos distribuidores de material didáctico.

Puedes colocar una muestra de Dictyostelium o de sangre de caballo en un microscopio y haces fotos a intervalos regulares con una cámara fija. Después comparas las imágenes y comprueba cómo se mueven las células. Con una buena fuente de calor como una bombilla incandescente a un lado del portaobjetos es suficiente, porque los dos tipos de células responden a los cambios de temperatura (termotaxis) y el Dictyostelium, a la luz (fototaxis).


Web References

Resources

Author(s)

Daniel Irimia es Profesor ayudante en el Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, EE.UU. Investiga la capacidad de movimiento de las células y su relación con la salud y la enfermedad. Sus áreas de interés abarcan desde el papel de la migración de los glóbulos para proteger los tejidos de infecciones microbianas hasta el papel de la migración de las células cancerosas para invadir otros tejidos y la metástasis. Está diseñando herramientas robustas a microescala para medir con más precisión la velocidad de migración de las células a partir de muestras clínicas. En el equipo organizador de la World Cell Race figuran también Matthieu Piel del Institut Curie y el CNRS de Francia y Elisabeth Wong y Bashar Hamza, del Massachusetts General Hospital.

Sarah McLusky es periodista científica freelance, editora y consultora en temas de educación. Doctora en patología vegetal, enseña bioquímica en el Newcastle College, Reino Unido.


Review

Este artículo aborda la motilidad de las células. Aunque sabemos que las células pueden moverse, “es importante conocer en profundidad la motilidad de las células para entender la salud y la enfermedad”, como señalan los autores. Este es un recurso interesante para saber más sobre la motilidad celular con un enfoque motivador y divertido. La idea del World Cell Race puede sorprender al principio, pero en seguida se aprecia su importancia. El tema del artículo está relacionado con otros aspectos biológicos importantes, la inmunología, el desarrollo embrionario y el cáncer.

También puede ser útil para promover discusiones sobre el trabajo diario de los científicos que comparten conocimiento entre los laboratorios y las nuevas tecnologías que permiten medir y comparar la velocidad de las líneas celulares.

Algunas preguntas para evaluar la comprensión:
1) ¿Por qué es importante el estudio de la motilidad celular?
2) ¿Qué relación hay entre la motilidad y la migración celular?
3) ¿Cuál es el objetivo de la World Cell Race?
4) ¿Por qué varía la forma de los circuitos de la World Cell Race de un año a otro?
5) Señala qué tipos de células interesa detener y a cuáles quiere aumentar su motilidad.
6) Hay células que llevan movimientos programados y que no reaccionan a estímulos externos, ¿qué tipo de células son? ¿Por qué se les considera un problema?
7) ¿Crees que el análisis de las carreras puede ayudar a comprender el efecto de los medicamentos en la mortalidad celular?


Ana Molina, IES Gil y Carrasco, España




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