Un novo principio matemático explica como se forman os órganos e tecidos

Un equipo internacional liderado por investigadores do CSIC desvela importantes propiedades da conectividade celular

Tecido onde as células epiteliais forman un tubo. Imaxe de microscopio (arriba) e procesada por ordenador para cuantificar as propiedades do tecido (abaixo). Crédito: I2SysBio e IBiS
Tecido onde as células epiteliais forman un tubo. Imaxe de microscopio (arriba) e procesada por ordenador para cuantificar as propiedades do tecido (abaixo). Crédito: I2SysBio e IBiS

Un equipo científico internacional descubriu un novo principio matemático que explica como se conectan as células entre si para formar os tecidos, un importante paso adiante para entender como se forman os órganos durante o desenvolvemento embrionario e as patoloxías asociadas a este proceso. O achado está liderado polo Instituto de Bioloxía Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto do Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC) e a Universitat de València (UV), e o Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS), do CSIC, o Hospital Universitario Virgen del Rocío e a Universidad de Sevilla.

O seu traballo, publicado na revista Cell Systems, foi realizado usando a mosca da froita como modelo, e pode ter futuras implicacións na creación de tecidos e órganos artificiais no laboratorio, un gran reto para a bioloxía e a biomedicina.

Este equipo científico publicou na revista Nature Comunications, en 2018, un artigo que tivo un gran impacto científico e mediático, no que demostraban que as células epiteliais poden adoptar durante a formación dos órganos unha forma xeométrica que non estaba descrita ata ese momento: o escutoide.

A investigación pode ter futuras implicacións na creación de tecidos e órganos artificiais en laboratorio

“Que as células adopten esta forma xeométrica débese ao aforro enerxético que supón á hora de empaquetarse para formar tecidos cando existe certo nivel de curvatura, por exemplo, cando se forma unha dobradura nun tecido”, explica un dos autores que lideran este traballo, Luisma Escudero, investigador do IBiS. “A nosa investigación supuxo un importante cambio de paradigma, porque ata entón os epitelios sempre se estudaron usando conceptos matemáticos para describir a súa organización en dúas dimensións, algo que está relacionado coa conexión entre as células e como se comunican entre elas para formar eses órganos correctamente”.

“Con todo, como demostramos entón, as células epiteliais poden ter formas complexas en tres dimensións, como os escutoides, e as células e os órganos tamén son tridimensionais. Por iso, neste artigo expomos se existen principios matemáticos e/ou biofísicos en 3D e, combinando experimentos con tecidos de moscas e modelos computacionais de tecidos tubulares, puidemos elaborar un modelo biofísico que relaciona por primeira vez a xeometría do tecido e as propiedades físicas das células con como están conectadas entre si”, apunta Escudero.

A clave, as ‘relacións sociais’ das células

Javier Buceta, investigador do I2SysBio e colíder do estudo, establece un símil para explicar este novo avance científico, recorrendo para iso á antropoloxía. “O antropólogo Robin Dunbar determinou que os seres humanos temos unha media de cinco amigos íntimos que veñen dados por diferentes factores sociais e persoais. A nivel celular, o noso artigo desvelou que existe un principio equivalente, concluíndo que o número de veciños próximos dunha célula, é dicir, os seus amigos íntimos, está determinado neste caso pola xeometría do tecido e as súas relacións enerxéticas”.

“Así, tendo en conta unha serie de consideracións enerxéticas, biolóxicas e xeométricas, descubrimos que, por exemplo, cantas máis conexións ten unha célula epitelial con outras, máis enerxía necesita para establecer novas conexións con outras células, mentres que, se está pouco conectada con outros veciños, a célula necesita menos enerxía para establecer ese vínculo”, destaca Buceta.

Os tecidos poden comportarse dunha maneira máis ou menos viscosa, é dicir, máis fluída ou máis sólida

Nesta investigación, os científicos alteraron o tecido, reducindo a adhesión entre as células para poñer o seu modelo a proba. “Isto fai que cambie a organización, ao ser máis fácil, menos custoso enerxeticamente falando, que as células contacten con novas células”, apunta Buceta. Os resultados dos experimentos confirmaron o principio cuantitativo proposto polos investigadores.

Os investigadores sinalan que, analizando o comportamento dos tecidos desde o punto de vista dos materiais, outros traballos previos observaron que a súa rixidez depende da conectividade celular. “Deste xeito, os tecidos poden comportarse dunha maneira máis ou menos viscosa, é dicir, máis fluída ou máis sólida. Os nosos resultados mostran cuantitativamente como a xeometría dos escutoides condiciona a conectividade celular e, por tanto, como poden ser un instrumento biolóxico para regular as propiedades, como material, de tecidos e órganos”, conclúen.

Ademais do Instituto de Bioloxía Integrativa de Sistemas e do Instituto de Biomedicina de Sevilla, neste traballo participaron tamén investigadores da Universidade de Sevilla, a Universidade Johns Hopkins de Estados Unidos e a Universidade do País Vasco, entre outras institucións.


Referencia: A quantitative biophysical principle to explain the 3D cellular connectivity in curved epithelia (Publicado en Cell Systems)

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.