L'estratègia de cerca dels éssers vius o de cèl•lules pot ajudar al desenvolupament d'aplicacions dirigides al rescat de persones, a la localització d'animals o la detecció de patògens, entre altres. Al Centre d'Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) treballen en aquesta àrea. En una investigació recent, han estudiat l'estratègia de recerca de patògens dels limfòcits T.

Una de les imatges del treball de l'anàlisi del moviment dels limfòcits T. A l'esquerra, el limfòcit (T-cell), en vermell, sobre una molècula que delata de la presència de patògens (APC, de l'anglès Antigen presenting-cell) .

Abans de desencadenar una resposta immune a nivell cel•lular, els limfocits T, o T cells, han d’haver detectat la presència de patògens. Com ho fan? En el marc del projecte SUSE (Social Uses of Search Ecology: Stochastic Fundations and Experimental Research), dirigit per Frederic Bartumeus del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB) del CSIC, han analitzat quina és la estratègia que fan servir els limfòcits T per detectar les molècules que informen de la presència de virus, bacteris, fongs, etc.

Els científics han pogut demostrar, en un treball que acaben de publicar, que aquestes molècules, que porten altres cèl•lules de l’organisme, són detectades per contacte mitjançant moviments de la membrana cel•lular dels limfòcits T.Aquest treball s’ha fet amb la col•laboració del Departament de Patologia del Biological Imaging Center, de San Francisco (EUA). Aquest equip, liderat per Matthew F. Krummel, treballa amb els limfòcits T per aplicar els coneixements basats en la observació empírica, teories físiques i models matemàtics de les estratègies de cerca a diferents nivells dins del cos humà en camps com el de la nanorobòtica.

Una aplicació és aconseguir la màxima eficiència dels nanorobots de cara a l’ús de teràpies dirigides (drug delivery)

Una aplicació d’aquest treball és aconseguir la màxima eficiència dels nanorobots de cara a l’ús de teràpies dirigides (drug delivery), que permetran dur els medicaments just a les parts del cos on es necessiten. O bé, de forma més general, millorar l’eficiència de resposta dels sistemes immunes a través d’aquestes màquines minúscules.

SUSE i els usos socials de l’ecologia de la cerca

El projecte SUSE treballa en l’àmbit de les estratègies de cerca biològiques, des del món cel·lular fins a la mobilitat humana.

Comprendre la complexitat estructural i els mecanismes que generen la conducta de cerca és fonamental en camps molts diversos de la ciència. Així mateix, aquest coneixement pot tenir aplicabilitat en àmbits de rellevància social que van des de la biomedicina, la psicologia humana, la criminologia, el neuromarketing, o bé el rescat de persones i el cens poblacional d’espècies en perill d’extinció o reintroduïdes mitjançant drons, e.g. l’ós al Pirineu.

L’estratègia per buscar aliment, parella, aixopluc o nous hàbitats per explotar, representa un equilibri entre explotar informació i explorar territori desconegut per fer noves descobertes. En una es fa ús de la informació que es té prèviament o a disposició, i en l’altra es necessita d’una estratègia de moviment que pot incloure un cert grau d’atzar per a recopilar-ne de nova.

Explorar aquest camp amb la suficient profunditat i precisió amb la idea de trobar possibles aplicacions als actuals reptes de la societat és l’objectiu principal de l’equip del projecte SUSE. I ho fan mitjançant l’experimentació amb organismes models senzills, però alhora amb suficient complexitat de comportament, com és el cas dels nematodes o les formigues. Però també amb persones, a través d’experiments de cerca visual en pantalles i gràcies a una app dissenyada específicament per estudiar, mitjançant jocs virtuals, què ens impedeix als humans tenir un comportament explorador més eficaç .

Tot i que aquest grup del CEAB, en el context del projecte SUSE, ja està desenvolupant algoritmes de cerca bioinspirats per tal de buscar-ne la seva aplicabilitat fora de l’àmbit biològic, mai abans havien tingut la oportunitat d’estudiar els moviments d’exploració a nivell subcel•lular amb tanta resolució.

Articles científics preliminars del projecte SUSE:

Frederic Bartumeus, Daniel Campos, William S. Ryu, Roger Lloret-Cabot, Vicenç Méndez and Jordi Catalan. Foraging success under uncertainty: search tradeoffs and optimal space use. Ecology Letters, (2016) 19: 1299-1313.

Matthew F. Krummel, Frederic Bartumeus and Audrey Gérard. T cell migration, search strategies and mechanisms. Nature Reviews Immunology, (2016) 16(3): 193-201.

En Cai, Kyle Marchuk, Peter Beemiller, Casey Beppler, Matthew G. Rubashkin, Valerie M. Weaver, Bi-Chang Chen, Eric Betzig, Frederic Bartumeus and Matthew F. Krummel. Visualizing dynamic microvillar search and stabilization during ligand detection by T cells. Science, (2017) 356: (6338): eaal3118.