Superficies con microcolumnas promueven la transición epitelio-mesénquima inducida por TGF-β1 mediante señalización relacionada con la quinasa de adhesión focal en células A549
La rigidez del sustrato y la topografía son factores biomecánicos críticos que influyen en el comportamiento biológico de las células cancerosas, incluyendo la transición epitelio-mesénquima (EMT). Durante la EMT, las células epiteliales pierden su polaridad y adhesión intercelular, adquiriendo propiedades migratorias e invasivas propias de células mesenquimales. Este proceso es fundamental en la progresión del cáncer, la metástasis y la fibrosis. Aunque estudios recientes han explorado cómo el microambiente mecánico regula el destino celular, los mecanismos exactos de cómo las señales mecánicas influyen en la EMT siguen sin esclarecerse.
Se ha demostrado que las señales mecánicas de la matriz extracelular regulan procesos de EMT asociados al desarrollo de enfermedades. Por ejemplo, experimentos con hidrogeles de poliacrilamida modificados en rigidez revelan que la dureza del sustrato afecta la EMT. La cuestión clave radica en cómo las células convierten señales mecánicas en respuestas biológicas. Esta conversión está mediada principalmente por el citoesqueleto, donde el complejo de adhesión focal actúa como puente entre el citoesqueleto y el sustrato. La quinasa de adhesión focal (FAK) es un regulador central en la intersección de múltiples vías de transducción mecánica, activando cascadas de señalización posteriores. Además, las vías relacionadas con FAK están implicadas en la EMT.
Estudios previos confirman que la topografía del sustrato induce cambios morfológicos celulares, aunque las señales específicas responsables siguen sin identificarse. Si bien se sabe que la topografía y la rigidez de la matriz inducen EMT de forma sinérgica, y que la vía de fosfoinositido 3-quinasa/proteína quinasa B podría estar involucrada, se desconoce si cambios aislados en la topografía afectan la EMT de manera independiente.
Para investigar el impacto de la topografía en células de adenocarcinoma pulmonar humano A549, se utilizaron sustratos de polidimetilsiloxano (PDMS) con microcolumnas de diámetro y altura variables. Las células cultivadas en estos sustratos mostraron cambios morfológicos dependientes de las dimensiones de las microcolumnas. En sustratos planos o con microcolumnas de 10 μm de diámetro y 2 μm de altura, las células adoptaron una forma redondeada y orientación multidireccional. En contraste, en sustratos con microcolumnas de 10 μm de diámetro y 4 μm o 7 μm de altura, las células se volvieron fusiformes y se extendieron lateralmente.
El estudio también analizó el efecto del espaciado entre microcolumnas en la organización del citoesqueleto y las adhesiones focales. La tinción por inmunofluorescencia mostró que la expresión de vinculina aumentó con un mayor espaciado entre microcolumnas, indicando una mayor formación de adhesiones focales. Además, la despolimerización del citoesqueleto se acentuó con espaciados mayores, sugiriendo que las células son más propensas a migrar en sustratos con microcolumnas más separadas.
La influencia del espaciado en los marcadores de EMT se evaluó mediante western blot. Sin TGF-β1, la expresión de E-cadherina (E-CAD), marcador epitelial, disminuyó al aumentar el espaciado, mientras que la vimentina (VIM), marcador mesenquimal, aumentó significativamente. Este proceso se potenció con la fosforilación de SMAD3 y FAK, indicando que tanto la señalización de TGF-β1 como la activación de FAK participan en la EMT inducida por la topografía de microcolumnas.
Para elucidar el papel de FAK, se silenció su expresión en células A549 mediante shRNA transportado por lentivirus. En células con FAK silenciado, la expresión de E-CAD aumentó relativamente, mientras que VIM disminuyó, confirmando que FAK media críticamente la EMT inducida por la topografía.
En resumen, los sustratos con microcolumnas modulan significativamente el comportamiento de células A549, induciendo fenotipos similares a EMT según el espaciado entre microcolumnas. La expresión de proteínas de adhesión celular y del citoesqueleto también varió con el espaciado. Además, este parámetro afectó la EMT inducida por TGF-β1, asociándose con niveles de fosforilación de SMAD3 y FAK. Estos hallazgos resaltan el papel de la topografía en la regulación de la EMT y proporcionan nuevas perspectivas sobre posibles dianas terapéuticas para la fibrosis pulmonar.
Este trabajo se realizó en el Laboratorio Clave de Ciencia y Tecnología Bio-reológica de la Universidad de Chongqing (China) entre 2016 y 2019, con financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Innovación Científica para Graduados de Chongqing y los Fondos de Investigación Básica para Universidades Centrales.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001139