Caracterização e modelagem de fenômenos de migração e agregação celular in vitro

Abstract

Processos biológicos normais como o desenvolvimento embrionário e a cicatrização de feri- das dependem da movimentação organizada e direcionada de células para regiões específicas. Consequentemente, a falta ou a migração inadequada das células pode resultar em anomalias graves durante o desenvolvimento ou em cicatrizações defeituosas. Por outro lado, a agre- gação de células é um processo dinâmico complexo, ubíquo em sistemas vivos. É importante, por exemplo, durante a morfogênese, processos de coagulação sanguínea e também está en- volvida na progressão do câncer. Neste contexto, surge a necessidade de caracterizar os fenô- menos de migração e de agregação celular e compreender os mecanismos que governam estas dinâmicas. No presente trabalho realizamos ensaios de migração e de agregação celular em su- perfícies plásticas bidimensionais usando diferentes linhagens celulares (normais e tumorais). Observamos que, no que se refere à migração, as linhagens B16F10 (melanócito tumoral) e Melan A (melanócito não-tumoral) apresentam um crossover de uma difusão normal para uma superdifusão; suas velocidades obedecem distribuições q-gaussianas e não apresentam corre- lação de longo prazo, mas as células tendem a realizar movimentos consecutivos em direções opostas. No que diz respeito aos experimentos de agregação, foram estudadas oito linhagens celulares normais e tumorais. Nossos resultados indicam que, apesar das diferentes dinâmi- cas de agregação observadas, as distribuições acumuladas complementares para os tamanhos dos agregados celulares são do tipo exponencial esticada, independente da linhagem. Ou seja, aparentemente há um comportamento universal para a agregação celular em substratos plásticos bidimensionais. Modelos computacionais também foram propostos para descrever as dinâmicas de migração e agregação destas células em cultura, cujos resultados de simulação são qualitati- vamente semelhantes aos dados experimentais.

Normal biological processes such as embryonic development and wound healing depend on organized and directed movement of cells. Consequently, the lack or inadequate cell migration can result in severe abnormalities during development or defective scarring. Furthermore, the aggregation of cells is a complex dynamic process ubiquitous in living systems. It is important, for example, during the morphogenesis process, blood coagulation and cancer progression. In this context, it is imperative to characterize the phenomena of cell migration and aggregation and understand the mechanisms that govern these dynamics. In the present work we performed cell migration and aggregation assays in two-dimensional plastic surfaces using different cell lines (normal and tumoral). Concerning migration, we observe that B16F10 (tumoral) and Melan A (non-tumoral) melanocytes exhibit a crossover between normal and a superdiffusion; their velocities obey q-gaussian distributions and have no long-term correlation, but the cells tend to perform consecutive movements in opposite directions. Concerning aggregation, eight normal and tumor cell lines were studied. Our results indicate that, despite the distinct aggre- gation dynamics observed, the complementary cumulative distributions for the sizes of the cell aggregates are decribed by stretched exponentials, regardless of cell type. So, our finds support a universal behavior cell aggregation in 2D plastic substrate. Computational models have also been proposed to describe the dynamics of cell migration and aggregation in culture, which provide simulacional results in qualitative agreement with the experimental data.