Os investigadores desvendam o mistério da formação de padrões de bandas no sangue centrifugado
Compreender melhor as regras fundamentais da natureza
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Quando os glóbulos vermelhos são centrifugados num meio de gradiente de densidade, formam um padrão de bandas impressionante. As células dispõem-se em faixas vermelhas vivas que contêm concentrações elevadas de glóbulos vermelhos, com faixas mais pálidas contendo muito menos glóbulos vermelhos pelo meio. Os glóbulos vermelhos de densidade mais baixa encontram-se na faixa vermelha mais alta, enquanto os de densidade mais elevada estão localizados na faixa mais baixa. Até agora, os cientistas acreditavam que este fenómeno era causado pela perda desigual de água à medida que as células envelhecem.
A imagem mostra que só a partir de uma determinada concentração volumétrica de glóbulos vermelhos é que o comportamento coletivo conduz a um padrão macroscópico; quanto maior for a concentração, mais pronunciadas são as riscas. Em concentrações mais baixas, estatisticamente não se encontram células suficientes durante a centrifugação.
© AG Wagner
Os físicos da Universidade de Saarland e da Universidade de Bristol vieram agora desmentir essa teoria. Os investigadores conseguiram demonstrar que o padrão estriado resulta da agregação celular provocada pelas forças de atração que actuam entre glóbulos vermelhos vizinhos. A sua investigação foi agora publicada na revista PNAS.
Os padrões encontram-se por toda a parte na natureza - desde as formações hipnotizantes criadas por bandos de pássaros ou cardumes de peixes até aos redemoinhos únicos das nossas impressões digitais ou às riscas distintivas de uma zebra. Mas quais são as regras que regem o aparecimento de tais padrões?
Uma pista para a resposta pode estar no comportamento dos glóbulos vermelhos numa centrifugadora. Quando separados numa centrifugadora, os glóbulos vermelhos dispõem-se num padrão de riscas muito caraterístico. Vistos de cima para baixo, vemos um padrão repetitivo de bandas alternadas: uma banda vermelha brilhante repleta de células, depois uma banda muito mais pálida com menos células, continuando esta sequência vermelho-branco a descer o tubo. Durante décadas, prevaleceu a ideia de que os glóbulos vermelhos acabados de formar são ricos em água e, por isso, menos densos, razão pela qual sobem para o topo durante a centrifugação. Os glóbulos mais antigos, pelo contrário, afundam-se no fundo do tubo, pois contêm menos água e, por conseguinte, têm uma densidade mais elevada, porque a hemoglobina que neles permanece é mais pesada do que a água.
Partiu-se do princípio de que os glóbulos vermelhos perdem água de forma irregular ao longo do seu tempo de vida de cerca de 120 dias, criando coortes de diferentes densidades", explica o Professor Christian Wagner, físico experimental da Universidade de Saarland. As células mais jovens contêm muita água, as de meia-idade são menos ricas em água e as células sanguíneas mais velhas são as que têm menos água. As células de cada grupo aglomeram-se então em regiões semelhantes da solução centrifugada, com base nas suas respectivas densidades, resultando no típico padrão às riscas".
O novo estudo revela uma história diferente. Não se trata de perda de água, mas sim de agregação intercelular", afirma Felix Maurer, um investigador de doutoramento que, juntamente com o seu co-orientador Alexis Darras da Universidade de Bristol, contribuiu de forma decisiva para o estudo. Nas suas experiências, a equipa misturou glóbulos vermelhos com água, sais e nanopartículas, centrifugando-os em seguida. Tal como os balões meteorológicos sobem até atingirem uma altitude em que o ar circundante é tão leve como eles, os glóbulos vermelhos no tubo da centrifugadora assentam ao nível em que a sua densidade corresponde à do meio circundante", explica Maurer.
A descoberta veio quando descobriram que o padrão de bandas alternadas é o resultado do vasto número de células envolvidas. O padrão estriado só aparece quando um grande número de células interage. Nas nossas experiências, tínhamos cerca de mil milhões de células no tubo", diz Maurer. Ao reduzir o número de células, os físicos observaram um comportamento completamente diferente - as riscas desapareceram. Quando as células estão mais afastadas, não se agregam, ou seja, não se colam umas às outras. Em vez disso, distribuem-se uniformemente pelo tubo e não se formam riscas", explica Felix Maurer.
Por outras palavras, é a interação entre a agregação intercelular e a força gravitacional descendente que determina a formação de riscas. Estes novos conhecimentos poderão abrir caminho a novas ferramentas de diagnóstico para doenças do sangue como a anemia falciforme, em que as células adquirem uma forma crescente, alterando drasticamente o seu comportamento de fluxo e agregação. Na doença falciforme, o padrão das riscas tem um aspeto diferente, como foi demonstrado num estudo de 2021, mas até agora ninguém sabia porquê", observa Maurer.
A investigação também lança luz sobre uma questão mais profunda e fundamental: como é que os padrões e as estruturas surgem na natureza? Para responder a esta questão, a equipa desenvolveu um modelo matemático que se baseia na teoria funcional da densidade dinâmica e que reflecte as suas observações no laboratório. Equações semelhantes são utilizadas para descrever os padrões das riscas das zebras, dos bandos de aves e até das impressões digitais", afirma Christian Wagner. Maurer acrescenta: "No nosso caso, as interações de curto alcance entre as células produzem uma largura preferencial das riscas e um espaçamento preferencial entre riscas. Este tipo de comportamento coletivo é também observado em bandos de aves em voo, em que as formações resultam de regras simples que regem a forma como os indivíduos vizinhos interagem. Uma ideia semelhante aplica-se também à formação das impressões digitais".
Ao observar cuidadosamente o comportamento das células sanguíneas no laboratório, os investigadores descobriram princípios que ajudam a explicar a beleza padronizada do mundo natural.
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