Las fuerzas que potencian las defensas inmunitarias
La capacidad del sistema inmunitario para detectar lesiones o infecciones y responder a ellas comienza con los leucocitos, o glóbulos blancos, que patrullan las paredes vasculares en busca de inflamación. Este proceso empieza cuando los leucocitos reducen su velocidad a medida que fluyen por el torrente sanguíneo. Entonces pueden activarse, adherirse firmemente a la pared vascular y migrar a las zonas de lesión o inflamación. La adhesión de los leucocitos a la pared vascular implica varias etapas y expone a las células a fuerzas mecánicas a lo largo del tiempo, desde unos microsegundos hasta varios minutos. Comprender las fuerzas implicadas en la cascada de adhesión leucocitaria es esencial para descifrar la física fundamental que subyace a los mecanismos de respuesta inmunitaria.
Nanoherramientas combinadas para medir la fuerza en los leucocitos
Para comprender plenamente el proceso de adhesión de los leucocitos, el equipo del proyecto MechaDynA, financiado por el CEI, se propuso desarrollar un método integral que uniera estas escalas temporales y resoluciones espaciales. El equipo de investigación adaptó dos nanoherramientas de vanguardia, la espectroscopia de fuerza de alta velocidad (HS-FS, por sus siglas en inglés) y la espectroscopia de fuerza acústica (AFS, por sus siglas en inglés) para medir, directamente en células vivas, la mecánica de todos los componentes celulares implicados en la más amplia gama de escalas temporales. Derivado de la microscopía de fuerza atómica, en la HS-FS se emplean voladizos ultrapequeños para medir las propiedades mecánicas y la fuerza de unión de moléculas individuales, como proteínas o ADN, en escalas de tiempo extremadamente cortas, de hasta microsegundos. Este método permitió a los investigadores explorar acontecimientos rápidos críticos para la adhesión de leucocitos. La AFS complementa las escalas temporales accesibles a través de la HS-FS. Utilizando ondas acústicas para atrapar y aplicar fuerzas a cientos de partículas o células en suspensión en paralelo, permite realizar mediciones de larga duración que se prolongan por horas.
Experimentación con células vivas
Uno de los logros significativos del proyecto fue la adaptación de la HS-FS y la AFS para trabajar directamente en células vivas, lo que permitió explorar en detalle la mecánica y la adhesión de los leucocitos. «Combinando estas herramientas con la microscopía óptica avanzada, conseguimos mediciones de fuerza en células vivas con acceso a una gama de escalas temporales sin precedentes», subraya Félix Rico, investigador principal de MechaDynA. En parte del proyecto se reveló que la adhesión está vinculada a la rigidez mecánica en los leucocitos. Curiosamente, la rigidez parece persistir incluso después de eliminar la adhesión, lo que pone de relieve un aspecto hasta ahora desconocido de la mecánica celular. En general, los hallazgos de MechaDynA mejoran nuestra comprensión de las fuerzas mecánicas que influyen en los procesos biológicos.
Aplicaciones futuras
El éxito de MechaDynA en la adaptación y aplicación de la HS-FS y la AFS para la investigación de leucocitos marca un hito significativo en la investigación biofísica. Los próximos pasos del proyecto incluyen la ampliación de estos métodos a otros sistemas celulares, como las células tumorales circulantes, que se asemejan a los leucocitos que viajan por el torrente sanguíneo antes de metastatizarse en órganos distantes. Explorar la mecánica de estas células sería un gran avance en el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Además, las nanoherramientas de MechaDynA son prometedoras para el estudio de otros sistemas biológicos, como las interacciones entre virus y células, lo que podría mejorar nuestra comprensión de las infecciones víricas y contribuir al desarrollo de terapias antivirales. La posibilidad de patentar estas nanotoherramientas subraya su carácter innovador y su aplicabilidad en múltiples disciplinas y abre nuevas vías para abordar retos biomédicos apremiantes. Además, el paquete de «software» de código abierto PyFMLab desarrollado durante el proyecto ofrece una solución estandarizada para la caracterización viscoelástica de muestras biológicas.
Palabras clave
MechaDynA, fuerzas, espectroscopia de fuerza de alta velocidad (HS-FS), espectroscopia de fuerza acústica (AFS), adhesión de leucocitos, propiedades mecánicas, biofísica