La investigación sobre cómo las células responden a los estímulos ofrece información sobre los mecanismos de la enfermedad, el tratamiento

Los científicos de la Universidad Estatal de Oregón están descifrando cómo las células se comunican y responden colectivamente a los estímulos químicos en el entorno extracelular, conocimiento que es fundamental para comprender los procesos fisiológicos y bloquear los mecanismos de las enfermedades.

Un estudio realizado por investigadores de la Facultad de Ciencias de OSU y la Facultad de Veterinaria de Carlson muestra que la duración de los estímulos juega un papel importante en la conectividad de las redes de comunicación de las células.

Los científicos de la Universidad de Pittsburgh también colaboraron en la investigación de lo que los biofísicos denominan quimiosensores multicelulares, que todavía está algo envuelto en misterio a pesar de su importancia en los procesos biológicos, señalan los investigadores.

«Todavía estamos lejos de comprender completamente cómo las redes de información están reguladas por la estimulación externa o las identidades celulares», dijo Guanyu Li, estudiante de doctorado en la Facultad de Ciencias. «Así que eso es lo que nuestro periódico estaba tratando de investigar».

El entorno extracelular, esencialmente el líquido que rodea las células, contiene muchos tipos de sustancias químicas, explica Li. Bajo ciertas condiciones patológicas o fisiológicas, la composición química cambia y desencadena un proceso de señalización que lleva a las células a crear las respuestas necesarias para mantener la función normal.

Las respuestas coordinadas entre un grupo de células son posibles cuando las células intercambian moléculas con sus vecinos más cercanos, dijo Li. Los intercambios permiten que las células detecten y respondan a los cambios ambientales de una manera más confiable que si estuvieran sintiendo y respondiendo individualmente, y permiten que los organismos multicelulares (personas, animales, etc.) sobrevivan en entornos complicados.

«Por ejemplo, cuando haces un ejercicio cardiovascular, las células necesitan energía, lo que conducirá al metabolismo aeróbico para crear una gran cantidad de ATP, una molécula de energía», dijo. «Cuando tenga sed, su cuerpo generará ADH (hormona antidiurética) para promover la reabsorción de agua para que no se deshidrate. Todos estos cambios en los químicos son como señales que intentan alertar al cuerpo sobre lo que está sucediendo. Los receptores de esas señales son células individuales».

Al capturar o unir las moléculas químicas con receptores en la membrana celular, las células pueden determinar qué está pasando y desencadenar los procesos apropiados. Sin embargo, el problema es que no todas las células tienen la misma capacidad para unirse a esas moléculas.

«Entonces, en cualquier organismo multicelular, la detección y respuesta coordinadas dentro de un grupo de células que se comunican es realmente importante», dijo Li.

En el estudio, los científicos utilizaron análisis estadísticos para determinar la relación de las células con sus vecinos más cercanos, luego realizaron experimentos para ver el efecto de los químicos estimulantes en las células y las redes.

Li, la estudiante de la OSU Honors College Alia Starman y el profesor asociado de biofísica Bo Sun estimularon células cerebrales conocidas como neuronas con ATP, una molécula de energía que se encuentra en todas las formas de vida. En sus experimentos, variaron tanto la cantidad de ATP en el entorno extracelular como el tiempo que las neuronas estuvieron expuestas a él.

También experimentaron con reducir la velocidad de la comunicación celular con un ácido graso monoinsaturado, el ácido palmitoleico, y aumentarlo a través del cloruro de potasio, una sal de haluro metálico.

«Nuestros análisis sugieren que la conectividad de una red de información está regulada principalmente por el perfil temporal de la estimulación externa (cuánto tiempo dura) y el nivel de capacidad de comunicación de la propia célula», dijo Li. «El tamaño de la dosis realmente no afectó a la red. También fue interesante que la capacidad de comunicación moderada de las células individuales condujera a la máxima conectividad en la red de información de las células: demasiada capacidad de comunicación o muy poca condujo a una reducción de la red. conectividad».

Los hallazgos arrojan algo de luz sobre cómo se regulan las redes, abriendo la puerta a la posibilidad de controlar la respuesta multicelular y combatir la enfermedad a través del tipo correcto de estimulación en el entorno extracelular, dijeron los investigadores.

El estudio también mostró el poder colectivo de incluso un grupo comparativamente pequeño de células, agregó Sun.

«Cuando escuchamos ritmos musicales, miramos la señal de giro del automóvil que está frente a usted o contamos las olas en la playa, nuestros cerebros detectan la periodicidad y predicen cuándo sucederá el próximo evento en la secuencia», dijo. «¿Pero esta función requiere todo el poder del cerebro? ¿Puede un sistema mínimo, tan simple como una capa de células neuronales, detectar entradas periódicas? Mostramos que esto es posible, y que las células neuronales lo hacen formando y organizando una red de comunicación basado en la recurrencia de la señal».

Los hallazgos fueron publicados en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.