Una serie de "tornados celulares" esculpen nuestros órganos

Investigadores de la Universidad de Ginebra, en Suiza, han descubierto que las células musculares crean espontáneamente estructuras similares a tornados, que se asemejan a las formaciones observadas en el desarrollo del embrión. Estos movimientos espontáneos van derivando, por efecto de diferentes variables físicas, en la forma de nuestros tejidos y órganos: de esta manera, las células forman los pliegues del intestino o los alvéolos de los pulmones, entre muchos otros ejemplos.

Organización celular espontánea

¿Cómo se generan las múltiples formas de nuestros órganos y tejidos? ¿Se puede reproducir el mecanismo en un laboratorio? Esas preguntas son las que han intentado responder los especialistas suizos en la nueva investigación, y al parecer han avanzando considerablemente en el camino por aclarar el misterio. En principio, han podido describir el mecanismo a través del cual las células desarrollan esa enorme diversidad de formas en el interior del cuerpo humano.

De acuerdo a una nota de prensa, los científicos utilizaron células musculares para hacerlas reproducir espontáneamente formas simples en un plato. En el experimento, los investigadores observaron que las células se autoorganizan rápidamente, alineándose en la misma dirección. Se crea así un movimiento circular alrededor de un vórtice, que al orientar a las células les permite unir fuerzas y conformar una protuberancia. 

La protuberancia cilíndrica es mantenida por las fuerzas colectivas de rotación que producen las células en su conjunto, creando un efecto similar al de un tornado. En consecuencia, la formación de estos “tornados celulares” constituiría un mecanismo de morfogénesis espontánea, o sea la creación de formas a partir de las propiedades únicas de los ensamblajes multicelulares. Los resultados del nuevo estudio se han publicado en la revista Nature Materials. 

Video: un equipo de la Universidad de Ginebra ha demostrado que las células se autoorganizan para generar las fuerzas que modelan las formas de nuestros tejidos y órganos. Crédito: University of Geneva (UNIGE) / YouTube.

Formas únicas que permiten la vida

Para llevar adelante su investigación, los especialistas partieron de algunos conocimientos previos. Sabían, por ejemplo, que cuando se restringe la actividad o el espacio entre las células, estas se ordenan y adoptan espontáneamente comportamientos colectivos. Esta dinámica es exclusiva de la interacción multicelular: no existe a escala de una sola célula. Al mismo tiempo, querían verificar si uno de esos comportamientos colectivos era la adopción de formas particulares por parte de un tejido multicelular. 

Además de comprobar esta hipótesis, lograron constatar que las células no escapan a las leyes de la física. Por el contrario, están sujetas a las mismas limitaciones que todos los materiales, pero las explotan para concentrar sus fuerzas y crear formas que solo pueden apreciarse en los organismos vivos. En el mismo sentido, los científicos también creen que esa autoorganización espontánea sin regulación bioquímica podría ser la etapa inicial en la formación de protuberancias en el embrión. 

Incluso, mecanismos similares controlan la organización de las propias células y determinan la forma que adoptarán. Frente a esto, los investigadores buscarán analizar en nuevos estudios ejemplos simples de embriones, para compararlos con modelos teóricos y experimentos in vitro, intentando comprender los diferentes procesos que regulan la formación de las estructura internas. Al parecer, son las propias células y su dinámica las que terminan “diseñando” las formas de los órganos que hacen posible las funciones vitales. 

Referencia

Integer topological defects organize stresses driving tissue morphogenesis. Guillamat, P., Blanch-Mercader, C., Pernollet, G. et al. Nature Materials (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-022-01194-5