EN ESPAÑOL - EN CATALÀ

• Researchers at the CRG develop a new methodology that makes it possible to study the mechanical properties of cells and tissues in vivo
• The study, published in Current Biology, sheds some light on embryogenesis
• The new method is based on magnetic forces that allows the researchers to access living organisms

The formation of the embryo, from its very early stages of development is a complex choreography that is still a mystery to science. How each cell needed is decided and formed; how tissues develop correctly in order to eventually yield an entire organism together are processes ruled by biochemical signals, but also by mechanical signals.

Whereas the first type of signals has been studied in depth, the second type, mechanical signals, have remained unexplored for a long time due to the lack of methodologies capable of monitoring or affecting forces locally. Now, a team of scientists at the Centre for Genomic Regulation (CRG), which is part of the Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), led by Jérôme Solon, has developed, in collaboration with Guillaume Salbreux at the Crick Institute (UK), a new method to address the self-organisation of embryonic development in animals. The methodology they have designed allows them to manipulate forces and to understand how cell or tissue mechanics can change during embryogenesis.

“One of the major new developments is that we now have a method through which we can apply a force that is typically the order of magnitude that a single cell would generate, and by examining how this force deforms tissues we can ascertain how the tissue responds to this force over time”, says Solon, group leader of the Biomechanics of Morphogenesis lab at the CRG and senior author of this research, published in Current Biology.

(Movie by Arturo D'Angelo)

The new method would pave the way for learning more about the mechanical signals which, “together with the genetics that we know now, would allow us to join the dots: how tissues self-organize to achieve proper morphogenesis, one of the key unsolved questions in biology”, adds Solon.

That forces change during embryo development was a known fact. Some cells, for some reasons generally genetically-controlled, generated certain forces locally in the embryo, whereas others were pulled or pushed by those cells. Individual cells generate forces in different ways, and the coordination of all these forces leads to morphogenesis.

“It is not an individual cell that would drive the process, it is really collective behaviour”, highlights Arturo D’Angelo, researcher at the CRG and co-first author of the study.

“We have learnt that it is important not only where the forces are generated but also how the tissue responds to them. For example, if you pull with the same force on a piece of wood or on rubber, the resulting deformation would be totally different, as would the outcome in terms of shape”, explains Solon.

“With our new method we can now address this, namely how the mechanical properties of biological tissues can establish the deformation that the embryo will undergo”, he adds. And, more importantly, they have discovered that the embryo changes its material properties completely within a time range of 3 to 4 minutes.

(Animation by Kai Dierkes)

Another key point of the study is that the new method developed by the researchers allows them to study mechanical properties in vivo, in a living organism. They do this using magnetic forces, that can be applied from a distance, without any contact, at different moments, so that the embryo is not affected.

Interestingly, the new methodology could also be applied to probe the tissue mechanics of other processes such as wound healing or, for instance, cancer development, where the tumour’s mechanical properties are different to healthy tissues, potentially promoting the initiation of metastasis. “Being able to measure the mechanical changes could help us to have a better understanding of how the disease develops”, says Solon.

For more information and interviews, please, contact: Gloria Lligadas, Head of Communications & PR, Centre for Genomic Regulation (CRG) – gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 933160153 – Mobile +34608550788

Reference: Arturo D’Angelo, Kai Dierkes, Carlo Carolis, Guillaume Salbreux, Jérôme Solon. In vivo force application reveals a fast tissue softening and external friction increase during early embryogenesis. Current Biology, April 25, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.010

Funding acknowledgements: The research leading to these results has received funding from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, Plan Nacional, BFU2010-16546 and BFU2015-68754 and ‘Centro de Excelencia Severo Ochoa 2013–2017’, SEV-2012-0208.We acknowledge the support of the CERCA Programme/Generalitat de Catalunya.

EN ESPAÑOL

Científicos del CRG diseñan un nuevo método para investigar tejidos en organismos vivos

• Investigadores del CRG desarrollan una nueva metodología que permite estudiar las propiedades mecánicas de células y tejidos in vivo
• El estudio, publicado en la revista Current Biology, aclara la embriogénesis
• El nuevo método se basa en fuerzas magnéticas que permite a los investigadores acceder a los organismos vivos

La formación del embrión desde sus fases más tempranas de desarrollo es una compleja coreografía que todavía es un misterio para la ciencia. Cómo se decide y se forma cada célula necesaria; cómo los tejidos se desarrollan correctamente para, finalmente, de manera conjunta, producir un organismo completo, son procesos regulados por señales bioquímicas, y también por señales mecánicas.

Mientras que el primer tipo de señales se ha estudiado en profundidad, el segundo, las mecánicas, no han sido estudiadas durante mucho tiempo por la falta de metodologías capaces de controlar o incidir sobre dichas fuerzas de manera local. Ahora, un grupo de científicos en el Centro de Regulación Genómica (CRG), parte del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), liderado por Jérôme Solon, ha desarrollado, en colaboración con Guillaume Salbreux, en el Crick Institute, en el Reino Unido, un nuevo método para abordar la organización del desarrollo embrionario en animales. La metodología que han diseñado les permite manipular fuerzas y comprender cómo la mecánica de la célula o el tejido puede cambiar durante la embriogénesis.

“Una de las grandes novedades es que ahora disponemos de un método que nos permite aplicar una fuerza que es típicamente del orden de magnitud que una célula individual generaría y, observando cómo esta fuerza deforma los tejidos, podemos verificar cómo el tejido responde a esta fuerza en el tiempo”, dice Solon, jefe del grupo de investigación Biomecánica de la Morfogénesis en el CRG y autor senior de esta investigación, publicada en la revista Current Biology.

El nuevo método sentaría las bases para aprender más sobre las señales mecánicas que, “junto con la genética que ya conocemos ahora, nos permitiría conectar los puntos: cómo los tejidos se organizan para conseguir una morfogénesis correcta, una de las preguntas claves sin resolver de la biología”, añade Solon.

Que las fuerzas cambian durante el desarrollo del embrión ya era un hecho conocido. Algunas células, por algunas razones generalmente controladas genéticamente, generan ciertas fuerzas de forma local en el embrión, mientras que otras son tiradas o empujadas por esas células. Células individuales generan fuerzas de forma distinta, y la coordinación de todas estas fuerzas conduce a la morfogénesis.

“No se trata de una célula individual la que impulsaría el proceso, es realmente una conducta colectiva”, destaca Arturo D’Angelo, investigador del CRG y primer autor del estudio.

“Hemos aprendido que es importante no sólo dónde se generan las fuerzas sino también cómo el tejido responde a ellas. Por ejemplo, si tú tiras con la misma fuerza de un trozo de madera o de una goma, la deformación que generarías sería totalmente diferente, también en el resultado final si hablamos de la forma”, explica Solon.

“Con nuestro nuevo método, esto es algo que podemos abordar ahora, cómo las propiedades mecánicas de los tejidos biológicos pueden establecer la deformación que experimentará el embrión”, añade. Y, más importante aún, han descubierto que el embrión cambia sus propiedades materiales completamente en un rango de tiempo de 3 a 4 minutos.

Otro punto clave del estudio es que el nuevo método desarrollado por los investigadores les permite estudiar las propiedades mecánicas in vivo, en un organismo vivo. Lo hacen a través de fuerzas magnéticas que pueden aplicarse a distancia, sin contacto, en momentos distintos, de manera que no afecten al embrión.

Es más, la nueva metodología también podría aplicarse para analizar minuciosamente mecánica de un tejido en otros procesos como en la curación de heridas o, por ejemplo, en el desarrollo del cáncer, en que las propiedades mecánicas del tumor son distintas de aquellas de los tejidos sanos, posiblemente promoviendo el comienzo de la metástasis. “Ser capaces de descifrar los cambios mecánicos podría ayudarnos a comprender mejor cómo se desarrollan las enfermedades”, concluye Solon.

Para más información y entrevistas: Gloria Lligadas, Directora de Comunicación y RRPP, Centro de Regulación Genómica (CRG) – gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 933160153 – Móvil +34608550788

Referencia: Arturo D’Angelo, Kai Dierkes, Carlo Carolis, Guillaume Salbreux, Jérôme Solon. In vivo force application reveals a fast tissue softening and external friction increase during early embryogenesis. Current Biology, April 25, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.010

Información sobre la financiación de este estudio: La investigación que ha generado estos resultados ha recibido financiación del Ministerio de Economía y Competitividad, Plan Nacional BFU2010-16546 y BFU2015-68754, y ‘Centro de Excelencia Severo Ochoa 2013–2017’, SEV-2012-0208. Agradecemos el apoyo del Programa CERCA/Generalitat de Catalunya.

EN CATALÀ

Científics de CRG dissenyen un nou mètode per a investigar teixits en organismes vius

• Investigadors del CRG desenvolupen una nova metodologia que permet estudiar les propietats mecàniques de cèl·lules i teixits in vivo
• L’estudi, publicat a la revista Current Biology, aclareix l’embriogènesi
• El nou mètode es basa en forces magnètiques que permeten als investigadors accedir als organismes vius

La formació de l’embrió des de les seves fases de desenvolupament més primerenques és una complexa coreografia que encara és un misteri per a la ciència. Com es decideix i es forma cada cèl·lula necessària; com els teixits es desenvolupen correctament per, finalment, de manera conjunta, produir un organisme complet, són processos regulats per senyals bioquímics, i també per senyals mecànics.

Mentre que el primer tipus de senyals s’ha estudiat en profunditat, el segon, els mecànics, no ha estat estudiat durant molt temps per falta de metodologies capaces de controlar o incidir sobre les esmentades forces de manera local. Ara, un grup de científics al Centre de Regulació Genòmica (CRG), part del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), liderat per en Jérôme Solon, ha desenvolupat, en col·laboració amb Guillaume Sabreux, al Crick Institute, al Regne Unit, un nou mètode per abordar l’organització de desenvolupament embrionari en animals. La metodologia que han dissenyat els permet manipular forces i comprendre com la mecànica de la cèl·lula o teixit pot canviar durant l’embriogènesi.

“Una de les grans novetats és que ara disposem d’un mètode que ens permet aplicar una força que és típicament de l’odre de magnitud que una cèl·lula individual generaria i, observant com aquesta força deforma els teixits, podem verificar com el teixit respon a aquesta força en el temps”, diu Solon, cap del grup de recerca Biomecànica de la Morfogènesis al CRG i autor sènior d’aquesta investigació, publicada a la revista Current Biology.

El nou mètode proporcionaria noves vies per aprendre més sobre els senyals mecànics que, “juntament amb la genètica que ja coneixem ara ens permetria connectar els punts: com els teixits s’organitzen per aconseguir una morfogènesi correcta, que és una de les preguntes claus sense resoldre de la biologia”, afegeix Solon.

Que les forces canvien durant el desenvolupament de l’embrió era un fet conegut. Algunes cèl·lules, per algunes raons generalment controlades genèticament, generen certes forces de manera local a l’embrió, mentre que d’altres són estirades o empeses per aquestes cèl·lules. Cèl·lules individuals generen forces de manera distinta, i la coordinació de totes aquestes forces condueix a la morfogènesi.

“No es tracta d’una cèl·lula individual la que impulsaria el procés, és realment una conducta col·lectiva”, destaca Arturo D’Angelo, investigador del CRG i primer autor de l’estudi.

“Hem après que és important no només el lloc on es generen les forces sinó també com el teixit hi respon. Per exemple, si tu estires amb la mateixa força d’un tros de fusta o d’una goma, la deformació que generaries seria totalment diferent, també en el resultat finial si parlem de la forma”, explica Solon.

“Amb el nostre mètode, això és quelcom que podem abordar ara, com les propietats mecàniques dels teixits biològics poden establir la deformació que experimentarà l’embrió”, afegeix. I, encara més important, han descobert que l’embrió canvia les seves propietats materials completament en un espai de temps de 3 a 4 minuts.

Un altre punt clau de l’estudi és que el nou mètode que els investigadors han desenvolupat els permet estudiar les propietats mecàniques in vivo, en un organisme viu. Ho fan a través de forces magnètiques que poden aplicar-se a distància, sense contacte, en moments diferents, de manera que no afectin a l’embrió.

És més, la nova metodologia també podria aplicar-se per analitzar minuciosament la mecànica d’un teixit en d’altres processos, com ara la curació de ferides o, per exemple, en el desenvolupament del càncer, en què les propietats mecàniques del tumor són distintes d’aquelles dels teixits sans, possiblement promovent l’inici de la metàstasi. “Ser capaços de desxifrar la mecànica podria ajudar-nos a comprendre millor com es desenvolupen les malalties”, conclou Solon.

Para a més informació i entrevistes, si us plau contacteu a: Glòria Lligadas, Directora de Comunicació i Relacions Públiques, Centre de Regulació Genòmica (CRG) - gloria.lligadas@crg.eu – Tel. +34 93 316 01 53 – Mòbil +34 608 550 788

Referència: Arturo D’Angelo, Kai Dierkes, Carlo Carolis, Guillaume Salbreux, Jérôme Solon. In vivo force application reveals a fast tissue softening and external friction increase during early embryogenesis. Current Biology, April 25, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.010

Informació sobre finançament d’aquests estudi: La recerca que ha generat aquests resultats ha rebut finançament del Ministerio de Economía y Competitividad, Plan Nacional BFU2010-16546 i BFU2015-68754, i ‘Centro de Excelencia Severo Ochoa 2013–2017’, SEV-2012-0208. Agraïm el suport del Programa CERCA/Generalitat de Catalunya.