Os fibroblastos são os blocos de construção do corpo. Entre as células humanas mais abundantes, elas ajudam a formar a estrutura de órgãos e tecidos e as mantêm unidas. Eles também são sua equipe de reparo. Após uma lesão, eles migram para a área danificada, cobrem -a com colágeno e exercem forças fortes que juntam as bordas da ferida, fechando -a.
Mas esses reparos podem dar errado se sua força não for moderada.
“Se os fibroblastos continuarem secretando o colágeno por uma ferida fechada e puxando o tecido, ela pode se sobrepor em camadas grossas e desorganizadas, o que pode levar a cicatrizes excessivas e doenças como fibrose, uma condição que pode danificar os órgãos”, disse Farid Alisafaei, diretor de instituições de tecnologia de New Jersey. “Nos pulmões, por exemplo, a fibrose pode dificultar a respiração, endurecendo o tecido pulmonar. Na pele, pode criar um microambiente que promove a invasão de câncer de pele”.
Em um artigo publicado nesta primavera em Materiais naturaisAlisafaei e uma equipe de pesquisadores da NJIT e da Universidade de Washington em St. Louis descreveram sua descoberta de um biomecanismo que pode ser o principal responsável pela resposta desadaptativa.
Os fibroblastos, que são cercados por uma estrutura de colágeno conhecida como matriz extracelular, mudam pouco de forma ou composição enquanto realizam manutenção regular de tecidos. Quando ativados por uma lesão, eles se convertem em células especializadas chamadas miofibroblastos que geram forças altas para reunir as bordas da ferida. Ao fazer isso, eles puxam a matriz circundante e, por sua vez, sentem resistência dela. Essa resistência cria tensão mecânica que ajuda as células a detectar o ambiente da ferida e ajustar sua atividade de acordo.
A equipe aprendeu que não é apenas a quantidade de tensão que importa na cicatrização de feridas, mas a direção em que é aplicada. Para entender melhor essas dinâmicas, eles examinaram as interações entre os fibroblastos dérmicos humanos e sua matriz fibrosa 3D para quantificar e modelar o loop de feedback bidirecional entre os dois que determina essas forças. Seus resultados revelaram que a direcionalidade dos sinais mecânicos da matriz extracelular nos estágios iniciais de uma lesão ativa os fibroblastos. Eles, por sua vez, remodelam a matriz de uma maneira que aumenta a tensão em uma direção mais do que outros. É essa força, chamada anisotropia, que pode funcionar mal se for regulamentada incorretamente.
“Ao entender como esses sinais mecânicos impulsionam o comportamento das células, esperamos desenvolver melhores estratégias terapêuticas que melhorem a cicatrização de feridas, evitando cicatrizes excessivas”, observou Alisafaei, professor assistente de engenharia mecânica e industrial.
Uma abordagem potencial é usar tiras adesivas para aplicar a tensão controlada à pele. Os fibroblastos experimentam naturalmente a tensão direcional devido ao alinhamento de fibras de colágeno ao longo de padrões específicos conhecidos como linhas de Langer. Esticar a pele nessas linhas amplifica a ativação de fibroblastos, enquanto aplica a tensão em uma direção diferente pode suprimir sua atividade. Atualmente, eles estão ajustando a quantidade de tensão de que precisariam em diferentes direções para equilibrar as forças e regular o nível de ativação dos fibroblastos. Suas próximas etapas incluem o desenvolvimento de dispositivos e biomateriais vestíveis que podem aplicar forças direcionais às feridas de maneira controlada.
A equipe também considera os efeitos do envelhecimento e distúrbios crônicos, como diabetes e obesidade no comportamento de fibroblastos. Nessas condições, a matriz extracelular geralmente se torna desorganizada e comprometida mecanicamente, tornando -a mais suscetível a forças anisotrópicas.
“Quando a matriz é menos estruturada, os fibroblastos podem realinhar mais facilmente suas fibras”, explicou Alisafaei. “Essa sensibilidade elevada pode ajudar a explicar por que os pacientes com essas condições são mais propensos a cicatrizes excessivas ou fibrose. Ao entender melhor como a doença altera o cenário mecânico, esperamos projetar intervenções que restaurem o equilíbrio e promovam reparos saudáveis de tecidos”.