La migración celular colectiva describe los movimientos de un grupo de células y el surgimiento de un comportamiento colectivo a partir de las interacciones célula-entorno y la comunicación célula-célula. La migración celular colectiva es un proceso esencial en la vida de los organismos multicelulares , por ejemplo, el desarrollo embrionario , la cicatrización de heridas y la propagación del cáncer ( metástasis ). [1] Las células pueden migrar como un grupo cohesivo (por ejemplo, las células epiteliales ) o tener sitios de adhesión célula-célula transitorios (por ejemplo, las células mesenquimales ). [2] También pueden migrar en diferentes modos, como láminas, hebras, tubos y racimos. [3] Si bien la migración de una sola célula se ha estudiado ampliamente, la migración celular colectiva es un campo relativamente nuevo con aplicaciones en la prevención de defectos de nacimiento o disfunción de los embriones. Puede mejorar el tratamiento del cáncer al permitir a los médicos evitar que los tumores se propaguen y formen nuevos tumores.
El entorno de la célula migratoria puede afectar a su velocidad, persistencia y dirección de migración estimulándola. La matriz extracelular (ECM) no solo proporciona el soporte estructural y bioquímico, sino que también desempeña un papel importante en la regulación del comportamiento celular. Diferentes proteínas de la ECM (como el colágeno , la elastina , la fibronectina , la laminina y otras) permiten que las células se adhieran y migren, mientras forman adherencias focales en la parte delantera y las desmontan en la parte trasera. Utilizando estos sitios de adhesión, las células también detectan las propiedades mecánicas de la ECM. Las células pueden guiarse por un gradiente de esas proteínas ( haptotaxis ) o un gradiente de sustratos solubles en la fase líquida que rodea a la célula ( quimiotaxis ). Las células detectan el sustrato a través de sus receptores y migran hacia la concentración (o la dirección opuesta). Otra forma de estimulación pueden ser los gradientes de rigidez de la ECM ( durotaxis ). [ cita requerida ]
La migración celular colectiva se ve potenciada por el confinamiento geométrico de una molécula de la matriz extracelular (por ejemplo, el proteoglicano versicano en las células de la cresta neural ), que actúa como barrera para promover la aparición de la migración organizada en corrientes separadas. El confinamiento también se observa in vivo , donde el ancho óptimo es una función del número de células migratorias en diferentes corrientes de diferentes especies . [4]
La célula aislada migratoria responde a señales de su entorno y cambia su comportamiento en consecuencia. Como la comunicación célula-célula no juega un papel importante en este caso, se observan trayectorias similares en diferentes células aisladas. Sin embargo, cuando la célula migra como parte del colectivo, no solo responde a su entorno sino que también interactúa con otras células a través de sustratos solubles y contacto físico. Estos mecanismos de comunicación célula-célula son las principales razones de la diferencia entre la migración eficiente del colectivo y los movimientos de caminata aleatorios de la célula aislada. Los mecanismos de comunicación célula-célula se estudian ampliamente experimentalmente ( in vivo e in vitro ), [5] y computacionalmente ( in silico ). [6]
La coatracción entre células que migran colectivamente es el proceso por el cual las células del mismo tipo secretan un quimioatrayente (por ejemplo, C3a en las células de la cresta neural), que estimula a otras células del grupo que tienen receptores para ese quimioatrayente. Las células detectan el sustrato secretado y responden a la estimulación moviéndose unas hacia otras y manteniendo una alta densidad celular. [7] [8]
La inhibición de contacto de la locomoción (CIL) es un proceso en el que la célula cambia su dirección de movimiento después de chocar con otra célula. Esas células pueden ser del mismo tipo celular o de tipos diferentes. Los contactos ( uniones celulares ) son creados por glicoproteínas transmembrana llamadas cadherinas ( E-cadherina , N-cadherina o cadherina 11 ) y otras proteínas . Después del contacto célula-célula, las protuberancias de las células en la dirección de contacto se inhiben. En el proceso CIL, las células migran alejándose unas de otras repolarizándose en la nueva dirección, de modo que se forman nuevas protuberancias en la parte delantera mientras que las contracciones tiran de la parte trasera para evitar el contacto. [ cita requerida ]
Se estudia la migración celular colectiva en muchas especies modelo.
Células fronterizas en las moscas ( Drosophila melanogaster ): las células fronterizas migran durante la diferenciación de los óvulos para estar listas para la fertilización. [11]
La línea lateral del pez cebra : la migración celular colectiva de la cabeza a la cola es esencial para el desarrollo del sistema sensorial del pez. Los sensores de la línea lateral miden el flujo sobre la superficie corporal del pez. [12]
Cicatrización de heridas : la migración celular colectiva es una parte esencial en este proceso de curación, el área de la herida se cierra mediante las células migratorias. [13] [14] La cicatrización de heridas se estudia comúnmente in vitro utilizando líneas celulares como las células de riñón canino Madin-Darby .
Células de la cresta neural en ratones , [15] polluelos Leghorn , [16] anfibios ( Xenopus laevis ), [17] y peces [18] ( pez cebra ): la migración colectiva de células de la cresta neural ocurre durante el desarrollo embrionario de los vertebrados. Estas células migran largas distancias desde la cabeza ( tubo neural ) para dar lugar a diferentes tejidos. [19]
Propagación del cáncer ( metástasis ): una complicación común del cáncer es la formación de nuevos tumores (tumores secundarios), como resultado de la migración de células cancerosas desde el tumor primario. De manera similar a la migración celular colectiva en el desarrollo y la cicatrización de heridas, las células cancerosas también experimentan una transición epitelial a mesenquimal (EMT), que reduce las adherencias entre células y permite la propagación del cáncer. [20]
El diagrama de la derecha muestra:
Existen varios modelos matemáticos que describen el movimiento celular colectivo. Por lo general, se resuelve una ecuación newtoniana de movimiento para un sistema de células. [21] Varias fuerzas actúan sobre cada célula individual, como por ejemplo la fricción (entre el entorno y otras células), la quimiotaxis y la autopropulsión . Esta última implica que las células son materia activa alejada del equilibrio térmico que puede generar fuerza debido al movimiento contráctil de la miosina-actina. Una descripción general de la descripción física de la migración celular colectiva [22] explica que se pueden utilizar los siguientes tipos de modelos:
Estos modelos matemáticos proporcionan información sobre fenómenos complejos como el cáncer, la cicatrización de heridas [24] y los ectoplasmas .
En el diagrama que se muestra a continuación, se caracterizan diferentes morfologías de la migración celular colectiva por su cohesión durante la migración (inversamente relacionada con la densidad), así como por el número de células vecinas más cercanas con las que interactúa una célula mientras se mueve (es decir, la disposición topológica de las células individuales en la población). Las células (elipses) pueden migrar en cadenas lineales (arriba a la izquierda), con contacto persistente con las células a cada lado de ellas, o a lo largo de senderos formados por células precedentes (abajo a la izquierda). En las láminas migratorias, las células pueden mantener la mayoría de sus vecinas más cercanas a lo largo del tiempo (arriba a la derecha), mientras que en la migración en flujo los contactos célula-célula ocurren a mayor distancia y con un reordenamiento de las vecinas potencialmente frecuente (abajo a la derecha). Estos conceptos se extienden fácilmente a la migración tridimensional, en cuyo caso el lugar de las láminas migratorias puede ser ocupado por cúmulos o esferoides en movimiento. [25]
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