Cómo se esculpen los tejidos y órganos durante la embriogénesis

¿Alguna vez se ha preguntado cómo se las arreglaron los grupos de células para construir sus tejidos y órganos mientras usted era sólo un embrión? Utilizando las técnicas más avanzadas que ha desarrollado, los investigadores han descifrado este misterio de larga data, revelando el asombroso funcionamiento interno de cómo se construyen físicamente los embriones.

(Last Updated On: noviembre 16, 2018)

¿Alguna vez se ha preguntado cómo se las arreglaron los grupos de células para construir sus tejidos y órganos mientras usted era sólo un embrión?

Utilizando las técnicas más avanzadas que ha desarrollado, el investigador de la UC Santa Bárbara Otger Campàs y su grupo han descifrado este misterio de larga data, revelando el asombroso funcionamiento interno de cómo se construyen físicamente los embriones. No sólo trae una hipótesis centenaria a la era moderna, sino que el estudio y sus técnicas proporcionan a los investigadores una base para estudiar otras cuestiones clave para la salud humana, como la forma en que se forman y propagan los cánceres o cómo diseñar los órganos.

También te puede interesar :

Qué es la Tanatología

“En pocas palabras, descubrimos un mecanismo físico fundamental que las células utilizan para moldear los tejidos embrionarios en sus formas tridimensionales funcionales”, dijo Campàs, profesor de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería de la UCSB y titular de la Cátedra Duncan & Suzanne Mellichamp de Biología de Sistemas. Su grupo investiga cómo se organizan los sistemas vivos para construir las notables estructuras y formas que se encuentran en la naturaleza.

Las células se coordinan intercambiando señales bioquímicas, pero también se mantienen y se empujan entre sí para construir las estructuras corporales que necesitamos para vivir, como los ojos, los pulmones y el corazón. Y resulta que esculpir el embrión no está muy lejos del moldeado en vidrio o de la impresión en 3D. En su nuevo trabajo, “A fluid-to-solid jamming transition underlies vertebrate body axis elongation”, publicado en la revista Nature, Campàs y colegas revelan que los colectivos celulares cambian de estados fluidos a sólidos de forma controlada para construir el embrión vertebrado, de forma similar a como moldeamos el vidrio en jarrones o imprimimos en 3D nuestros artículos favoritos. O, si lo desea, nosotros mismos imprimimos en 3D, desde el interior.

La mayoría de los objetos comienzan como líquidos. Desde estructuras metálicas hasta postres de gelatina, su forma se consigue vertiendo los materiales originales fundidos en los moldes y luego enfriándolos para obtener los objetos sólidos que utilizamos. Al igual que en una escultura de vidrio de Chihuly, realizada mediante la fusión cuidadosa de porciones de vidrio para transformarlo lentamente en vida, las células en ciertas regiones del embrión son más activas y “funden” el tejido en un estado fluido que puede ser reestructurado. Una vez hecho esto, las células se’enfrían’ para establecer la forma del tejido, explicó Campàs.

“La transición de estados de fluidos a estados de tejido sólido que observamos se conoce en física como’atascamiento'”, dijo Campàs. “Las transiciones de interferencia son un fenómeno muy general que ocurre cuando las partículas en sistemas desordenados, como espumas, emulsiones o vidrios, son forzadas a juntarse o enfriarse.”

Este descubrimiento fue posible gracias a las técnicas desarrolladas previamente por Campàs y su grupo para medir las fuerzas entre las células dentro de los embriones, y también para ejercer minúsculas fuerzas sobre las células a medida que construyen tejidos y órganos. Usando embriones de pez cebra, favorecidos por su transparencia óptica pero en desarrollo muy similar a sus contrapartes humanas, los investigadores colocaron pequeñas gotas de un fluido ferromagnético especialmente diseñado entre las células del tejido en crecimiento. Las gotitas esféricas se deforman a medida que las células que las rodean empujan y tiran, lo que permite a los investigadores ver las fuerzas que las células aplican unas sobre otras. Y, al hacer que estas gotitas sean magnéticas, también podrían ejercer pequeñas tensiones sobre las células circundantes para ver cómo respondería el tejido.

También te puede interesar :

¿Qué es la Biotecnología?

“Pudimos medir cantidades físicas que antes no se podían medir, debido al desafío de insertar sondas miniaturizadas en pequeños embriones en desarrollo”, dijo el investigador posdoctoral Alessandro Mongera, autor principal del trabajo.

“Los peces cebra, al igual que otros vertebrados, parten de un grupo de células en gran parte informe y necesitan transformar el cuerpo en una forma alargada, con la cabeza en un extremo y la cola en el otro”, dijo Campàs. La reorganización física de las células detrás de este proceso siempre había sido un misterio. Sorprendentemente, los investigadores encontraron que los colectivos de células que fabrican el tejido eran físicamente como una espuma (sí, como en la espuma de cerveza) que se atascaba durante el desarrollo para “congelar” la arquitectura del tejido y establecer su forma.

Estas observaciones confirman una notable intuición hecha por el matemático escocés de la era victoriana D’Arcy Thompson hace 100 años en su obra seminal “On Growth and Form”.

“Estaba convencido de que algunos de los mecanismos físicos que dan forma a los materiales inertes también estaban en juego para dar forma a los organismos vivos. Sorprendentemente, comparó grupos de células con espumas e incluso la formación de células y tejidos con el soplado de vidrio”, dijo Campàs. Hace un siglo, no había instrumentos que pudieran probar directamente las ideas propuestas por Thompson, añadió Campàs, aunque el trabajo de Thompson sigue siendo citado hasta hoy en día.

El nuevo documento Nature también proporciona un punto de partida desde el que los investigadores del Grupo Campàs pueden empezar a abordar otros procesos de desarrollo embrionario y campos relacionados, como por ejemplo cómo los tumores invaden físicamente los tejidos circundantes y cómo diseñar órganos con formas tridimensionales específicas.

“Una de las características del cáncer es la transición entre dos arquitecturas de tejidos diferentes. Esta transición puede explicarse en principio como un cambio anómalo de un estado tisular de tipo sólido a uno de tipo fluido”, explicó Mongera. “El presente estudio puede ayudar a dilucidar los mecanismos que subyacen a este cambio y destacar algunas de las posibles dianas farmacológicas que lo dificultan.”

La investigación sobre este proyecto también fue realizada por los investigadores de la UCSB Payam Rowghanian, Hannah J. Gustafson, Elijah Shelton, David A. Kealhofer, Emmet K. Carn, Friedheim Serwane, Adam A. Lucio y James Giammona.

Si te fue útil, Comparte esta Información
  • 12
  • 4
  • 1
  •  
  •  
    17
    Shares

Comenta

Fuentes & Referencias
Alessandro Mongera, Payam Rowghanian, Hannah J. Gustafson, Elijah Shelton, David A. Kealhofer, Emmet K. Carn, Friedhelm Serwane, Adam A. Lucio, James Giammona, Otger Campàs. A fluid-to-solid jamming transition underlies vertebrate body axis elongation. Nature, 2018; DOI: