As células do corpo pensam em conjunto

Pesquisadores britânicos descobriram como células buscam informações para basear decisões coletivas tomadas com mais qualidade e rapidez

Célula normal da pele humana tratada com um fator de crescimento que desencadeou a formação de estruturas de proteínas especializadas que permitem que a célula se mova: decisões de expansão coletivas. Crédito: Torsten Wittmann, Universidade da Califórnia, San Francisco/NIH/Flickr

As células, como os humanos, votam para tomar decisões como um grupo. Mas como elas sabem em que votar? Pesquisadores do Instituto Francis Crick e do King’s College de Londres (Reino Unido) descobriram como as células buscam ativamente informações para tomar decisões coletivas melhores e mais rápidas a fim de coordenar o crescimento de novos vasos sanguíneos. Isso fornece uma nova base para a compreensão da inteligência nas células.

O processo de como as células coordenam os detalhes com precisão e rapidez ao criar um novo tecido é complexo. Eles devem decidir coletivamente quais células devem assumir funções específicas e garantir que nem muitas ou poucas células estejam cumprindo cada função.

Em seu estudo, publicado na revista “Philosophical Transactions of the Royal Society B”, os pesquisadores descobriram que, ao cultivarem novos vasos sanguíneos, as células tomam decisões coletivas usando um processo de percepção ativa. É aqui que se mover para sentir melhor o ambiente ajuda a informar uma decisão.

Seleção da líder

Os pesquisadores comparam isso a entrar em um quarto escuro e desconhecido e estender os braços para sentir a presença de um interruptor de luz na parede. No caso das células, elas estendem “dedos” longos e sentem seu caminho no ambiente. Isso permite que elas escolham rapidamente a célula que detecta mais sinais dos arredores para se tornar a líder do grupo. Essa líder, chamada de célula de ponta, impulsiona o novo vaso sanguíneo para a frente.

A autora sênior do estudo, Katie Bentley, líder do grupo do Laboratório de Comportamento Adaptativo Celular no Instituto Francis Crick e professora sênior do King’s College de Londres, afirma: “Na maioria dos livros de biologia, os processos são apresentados passo a passo em uma determinada ordem. A molécula A se liga ao receptor B e causa o movimento C. No caso dessa importante decisão coletiva da célula, as etapas acontecem lado a lado, em vez de consecutivamente, à medida que as células se movem simultaneamente enquanto ‘decidem’ como formar um novo tecido”.

Bentley prossegue: “Essa capacidade de usar o feedback de mover-se pelo mundo ao fazer uma escolha é algo que geralmente associamos com ‘organismos superiores’. Portanto, reconhecer como esses processos também desempenham um papel em sistemas vivos mais básicos pode revelar aspectos fundamentais da função biológica que os leva a se comporte como eles. E nos casos em que esse processo deu errado, pode até mesmo desbloquear novas terapias e tratamentos que impactam esses processos de feedback”.

Aspectos ainda não compreendidos

Em seu trabalho de prova de conceito, os pesquisadores se concentraram na formação de vasos sanguíneos. Esse processo é vital para o desenvolvimento e reparo de tecidos saudáveis, e muitas vezes é desregulado na doença.

Imagem de célula na aorta dorsal, mostrando a formação de filopódios antes que as células de ponta tenham sido selecionadas para deixar a aorta no vaso intersegmentar. A linha azul pontilhada destaca o núcleo da célula endotelial e as setas rosa marcam os filopódios. Crédito: Instituto Francis Crick

No início desse processo, algumas células endoteliais ao longo da parte externa de um vaso sanguíneo existente se transformam em células de ponta. Essas células têm longas protuberâncias em forma de dedo em sua superfície, chamadas de filopódios. Elas são as primeiras a se mover para fora do vaso existente de modo a formar a cabeça do novo vaso que está brotando.

Muitos aspectos do tempo e das interações celulares envolvidos nesse processo, incluindo como as células endoteliais decidem quais delas devem se tornar células de ponta, ainda não são compreendidos.

Usando simulações de computador e estudos de embriões de peixe-zebra, os pesquisadores descobriram que os filopódios começam a se formar na superfície da célula antes de se comprometerem a se tornar células de ponta. O filopódio então se estende para o tecido circundante e detecta sinais que podem fazer com que a célula se torne uma célula de ponta ou inibi-la. Esse processo de movimento e detecção dos filopódios constitui um ciclo de feedback de percepção ativa.

Detalhe importante: para impedir que todas as células se tornem células de ponta, as células vizinhas enviam sinais umas às outras, de modo que apenas algumas células se especializem.

Expectativa de novas terapias

Bahti Zakirov, autor e pesquisador do Instituto Francis Crick e do King’s College de Londres, diz: “Foi emocionante descobrir que a criação de filopódios estava ocorrendo antes que as células se tornassem totalmente células de ponta. Até agora, essas protuberâncias eram consideradas apenas o produto final do processo de tomada de decisão da célula. Pusemos isso de cabeça para baixo e mostramos que as células usam filopódios para sentir melhor seu ambiente e informar sua decisão – destacando o feedback entre movimento e detecção como um jogador importante no processo de tomada de decisão”.

Quando os pesquisadores interromperam os filopódios em seus modelos de computador e em embriões de peixe-zebra, menos células de ponta foram selecionadas e essa seleção aconteceu mais lentamente. Já se havia mostrado que esse processo retardado leva à formação de redes de vasos sanguíneos menos densas.

Zakirov prossegue: “Se a seleção das células da ponta der errado ou for retardada, isso pode levar a redes de vasos mal ramificados ou anormais, limitando o fluxo sanguíneo. Isso, por sua vez, pode contribuir para doenças como câncer, retinopatia e telangiectasia hemorrágica hereditária. Uma maior compreensão de como acelerar ou alterar o ritmo de ramificação pode, portanto, levar a novas terapias capazes de regular a densidade dos vasos sanguíneos. Isso pode ainda ajudar na criação de órgãos ou tecidos artificiais, pois estes também precisam de densas redes de vasos sanguíneos”.

Bentley acrescenta: “Este trabalho não nos deu apenas uma nova perspectiva sobre o processo de seleção de células de ponta, revelando um papel oculto, mas vital para os filopódios. Ele também abriu a porta para uma miríade de novas e estimulantes direções de pesquisa. Exploraremos algumas dessas questões importantes em trabalhos futuros, com o objetivo de interpretar e compreender melhor o comportamento das células”.

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