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Pesquisa ajuda a entender comportamento mecânico de células vivas

Estudo encontrou padrão de comportamento em todas as células estudadas; artigo está entre os 100 mais lidos em física do periódico internacional Scientific Reports

Da união da física com a biologia, achados científicos importantes podem surgir. Por exemplo, juntos, os dois campos de estudo ajudam a entender melhor o funcionamento de células humanas e a relação entre o comportamento mecânico delas e suas funções biológicas, o que inclusive poderia resultar em pesquisas que auxiliassem no combate a doenças como câncer.

Isso significa que fatores como a viscoelasticidade, importante característica física da célula, guardam conexão com a forma como ela atua no organismo, por meio de ações como migração e invasividade celular. É essa a base para pesquisa desenvolvida na Universidade Federal do Ceará, publicada em artigo no periódico Scientific Reports da Nature, um dos principais grupos de revista científica do mundo.

No estudo, foram analisadas 12 diferentes linhagens celulares, a maioria delas cancerígena de humanos (câncer de cólon, gástrico, de mama, próstata e rim), mas também células saudáveis de humanos e camundongos. Em todas elas, o mesmo padrão de comportamento foi observado nas suas respostas mecânicas.

Amostras de células em placa petri postas no microscópio de força atômica (Foto: Rosa Freire/Central Analítica)

Para entender o que são essas respostas, basta pensar em materiais viscoelásticos, que têm características de sólido e líquido ao mesmo tempo, como alguns travesseiros especiais. Quando os pressionamos, é fácil perceber como eles primeiro afundam e aos poucos voltam à posição inicial, o que caracteriza o fenômeno de relaxação.

No caso das células analisadas, dois expoentes de resposta foram observados: um rápido, que domina a relaxação nos primeiros instantes; e outro lento, que controla o comportamento em tempos maiores, ou seja, mais longo. Isso não significa que todas as células existentes funcionam do mesmo modo, mas vale para todas as 12 linhagens estudadas nessa pesquisa, bom ponto de partida para estudos futuros sobre outras linhagens.

Entender esse padrão é importante porque, in vivo, as células estão sempre sujeitas a interferências externas, e pode-se pensar em métodos para controlar esses expoentes e manipular o comportamento celular, utilizando aspectos físicos para determinar o funcionamento biológico.

“Nosso trabalho pode ser importante para, no futuro, propor intervenções bioquímicas que mudem suas propriedades mecânicas, mudando também sua motilidade [capacidade de locomoção]”, projeta o Prof. Claudio Lucas Nunes de Oliveira, do Departamento de Física da UFC, um dos pesquisadores que assinam o artigo. “Podemos visualizar um tratamento que impeça a metástase de células cancerígenas, por exemplo.”

Uma possibilidade é estudar formas de interferir na dinâmica do citoesqueleto da célula, local de origem do expoente de resposta lenta. “Existem diversas substâncias capazes de alterar o comportamento e as estruturas dessas organelas. Nós temos agora que saber como utilizar essas substâncias a fim de alterar os expoentes mecânicos de forma controlada”, aponta.

Ainda utilizando células cancerígenas como exemplo, a possibilidade de impedir um processo como a metástase (quando o câncer atinge outros órgãos) se daria porque as células dependem de determinadas características mecânicas, então alterações nesse quesito funcionariam, na prática, como uma forma de interferir no modo como a célula se move e invade componentes no organismo.

Essa foi uma possibilidade já levantada em outra pesquisa, também da UFC, quando foi constatado que células de câncer possuíam menor rigidez, o que facilitaria sua locomoção pelos vasos sanguíneos e instalação em novos órgãos, ao atravessarem as paredes dos vasos.

O novo estudo ajuda a entender melhor o complexo mecanismo celular, adicionando o fator tempo de resposta das células como algo diretamente conectado à migração e à invasividade delas.

MICROSCÓPIO
Para avaliar de forma tão precisa algo tão minúsculo como células, são necessários equipamentos especiais. Nesse caso, os pesquisadores utilizaram um microscópio de força atômica (AFM), com uma haste quase invisível de tão pequena, que, por sua vez, possui uma ponta impossível de ser vista a olho nu. Essa ponta consegue atingir a célula, pressionando-a e captando informações sobre sua superfície.

O microscópio de força atômica (AFM) consegue atingir a célula, pressionando-a e captando informações sobre sua superfície (Foto: Ribamar Neto/UFC)

TOP 100

A pesquisa foi publicada no artigo “Double power-law viscoelastic relaxation of living cells encodes motility trends”, disponível no Scientific Reports da Nature. A repercussão internacional do estudo rendeu à publicação espaço no top 100 da área de física da revista, coleção que reúne seus artigos mais acessados.

“O fato de esse artigo estar entre os 100 mais lidos em física de 2020 no Scientific Reports, importante e multidisciplinar periódico open-access, mostra que a qualidade dos trabalhos que desenvolvemos aqui na UFC está chamando a atenção da comunidade científica internacional”, defende o Prof. Claudio.

A pesquisa teve financiamento do Instituto Serrapilheira e da Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP). “Com esses financiamentos, nós inauguramos em 2019 o Laboratório de Física Biológica no Departamento de Física para estudar problemas na fronteira entre física, biologia e medicina em sistemas biológicos, assim como em outros materiais macios, usando ferramentas experimentais, computacionais e analíticas”, explica o pesquisador.

Na UFC, participam ainda da pesquisa o Prof. Jeanlex de Sousa e o pesquisador Felipe Sousa, do Departamento de Física da UFC; o Prof. Márcio Ramos e a pesquisadora Ayrles Silva, do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular; as professoras Raquel Montenegro e Maria Elisabete Moraes e o pesquisador Felipe Pantoja Mesquita, todos do Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento de Medicamentos (NPDM); e também a servidora técnico-administrativa da Central Analítica Rosa Freire.

Há ainda colaboração dos professores Manfred Radmacher, do Instituto de Biofísica da Universidade de Bremen, da Alemanha, e Ana Cristina de Oliveira Monteiro Moreira, do Núcleo de Biologia Experimental da Universidade de Fortaleza (UNIFOR).

Leia na íntegra o artigo publicado (em inglês) no Scientific Reports da Nature.

Fonte: Prof. Claudio Lucas Nunes de Oliveira, do Departamento de Física da UFC  e-mail: lucas@fisica.ufc.br

Kevin Alencar 25 de maio de 2021

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