Físicos descubren inestabilidad celular capaz de transformar los tejidos del cuerpo

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Investigadores del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa y el Instituto Curie demostraron, a través de simulaciones, que la aplicación de ciertas fuerzas, generan una inestabilidad desconocida hasta ahora. El próximo paso es comprobarlo en tejidos vivos para establecer si la naturaleza usa este mecanismo para generar transformaciones estructurales en la fase de desarrollo embrionario.

En biología, la morfogénesis es el área que estudia el origen de la forma. Su investigación es muy importante, porque permite a los científicos entender la formación de estructuras y órganos: datos clave para conocer más sobre el desarrollo embrionario, qué explica que algunos órganos se formen de manera defectuosa o no, cómo es que se curan las heridas e incluso por qué se producen las mutaciones en el cáncer.

Aunque su estudio es multidisciplinario, la física -en particular la mecánica- está realizando importantes aportes a esta área al tratar de explicar estos fenómenos biológicos, a través de las fuerzas que influyen en estos movimientos.

El último de estos aportes proviene de un equipo de físicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, de la FCFM – U. de Chile, y del Instituto Curie, de Francia, quienes descubrieron que la aplicación de ciertas fuerzas específicas sobre las células o dentro de ellas mismas, gatilla una inestabilidad, no conocida hasta ahora, que da lugar a transformaciones en los tejidos celulares y que podría ser crucial en la formación de estructuras, como los órganos de un ser vivo, por ejemplo. “En nuestro trabajo mostramos, en base a cálculos y simulaciones numéricas, la aparición de inestabilidades para tejidos celulares activos y sujetos a deformaciones”, dice Fernanda Pérez, líder del estudio publicado en la revista Physical Review E.

El hallazgo podría tener importantes implicancias si se confirma en tejidos vivos. “Queremos ver si la inestabilidad que descubrimos existe realmente en tejidos vivos y si la naturaleza usa este mecanismo para generar transformaciones estructurales en la fase de desarrollo embrionario”, dice Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio y uno de los autores del estudio.

Actividad

Hace 20 años, un grupo de científicos propuso un modelo para estudiar los movimientos de células dentro de tejidos inspirados en la física de espumas y burbujas, el cual ha ayudado a comprender de mejor manera procesos como la elongación de tejidos, las divisiones celulares en el desarrollo embrionario en moscas, las formaciones de tubos biológicos, entre otros, explica la estudiante de doctorado del Núcleo Milenio y física de la Universidad de Chile, Fernanda Pérez.

En esta investigación, lo que hicieron los físicos fue estudiar cómo se pueden modelar teóricamente los tejidos epiteliales (como la piel). “Para eso usamos un modelo muy popular: el modelo de vértices, que dice que un tejido se describe como un embaldosado de polígonos, donde cada polígono es una célula. Para ver cómo se mueven o deforman las células, se calculan las fuerzas sobre los vértices (donde se unen las células)”, explica Rodrigo Soto.

El equipo de físicos, sin embargo, innovó en el uso del modelo, haciendo algo inédito hasta ahora: agregó actividad a sus simulaciones, bajo la premisa de que en la vida real las células están vivas y naturalmente se contraen o expanden, cambiando su área o perímetro. Algo que está relacionado directamente con la actividad biológica de construcción (o destrucción) del citoesqueleto de las células. “En el artículo, mostramos que cuando se incluye esta actividad, el tejido puede volverse inestable y las células cambian drásticamente de forma, volviéndose más alargadas. También mostramos que lo mismo ocurre si el tejido es estirado o comprimido externamente”, explica Soto.

Fernanda Pérez indica que el hallazgo funciona como una prueba para el modelo usado, “que dirá si es efectivamente un buen enfoque para estudiar algunos sistemas. De serlo, entonces procesos internos y externos podrían gatillar las inestabilidades encontradas por nosotros, las cuales darían paso a la transformación de la forma y la generación de una futura estructura”.

Así también, estos resultados permitirán saber qué propiedades del sistema modificar para anular estos procesos, si se quiere evitar esa transformación, por ejemplo, en el caso de un órgano que se está formando erróneamente.

Comunicaciones Núcleo Milenio Física de la Materia Activa – DFI – FCFM.