Descubren un principio matemático que explica la formación de tejidos y órganos

Un equipo científico internacional ha descubierto un nuevo principio matemático que explica cómo se conectan las células entre sí para formar los tejidos, un importante paso adelante para entender cómo se forman los órganos durante el desarrollo embrionario y las patologías asociadas a este proceso.

Su trabajo, publicado en la prestigiosa revista Cell Systems, ha sido realizado usando la mosca de la fruta como modelo, y puede tener futuras implicaciones en la creación de tejidos y órganos artificiales en el laboratorio, un gran reto para la biología y la biomedicina.

Este equipo científico demostró que las células epiteliales pueden adoptar durante la formación de los órganos una forma geométrica que no estaba descrita hasta ese momento: el escutoide.

“Que las células adopten esta forma geométrica se debe al ahorro energético que supone a la hora de empaquetarse para formar tejidos cuando existe cierto nivel de curvatura, por ejemplo, cuando se forma un pliegue en un tejido”, explica uno de los autores que lideran este trabajo, Luisma Escudero, investigador del IBiS.

Escudero señala que "las células epiteliales pueden tener formas complejas en tres dimensiones, como los escutoides, y las células y los órganos también son tridimensionales. Por ello, nos planteamos si existen principios matemáticos y/o biofísicos en 3D y, combinando experimentos con tejidos de moscas y modelos computacionales de tejidos tubulares, hemos podido elaborar un modelo biofísico que relaciona por primera vez la geometría del tejido y las propiedades físicas de las células con cómo están conectadas entre sí".

La clave, las ‘relaciones sociales’ de las células

Javier Buceta, investigador del I2SysBio y colíder del estudio, establece un símil para explicar este nuevo avance científico, recurriendo para ello a la antropología. “El antropólogo Robin Dunbar determinó que los seres humanos tenemos un promedio de cinco amigos íntimos que vienen dados por diferentes factores sociales y personales. A nivel celular, nuestro artículo ha desvelado que existe un principio equivalente, concluyendo que el número de vecinos próximos de una célula, es decir, sus amigos íntimos, está determinado en este caso por la geometría del tejido y sus relaciones energéticas”.

“Así, teniendo en cuenta una serie de consideraciones energéticas, biológicas y geométricas, hemos descubierto que, por ejemplo, cuantas más conexiones tiene una célula epitelial con otras, más energía necesita para establecer nuevas conexiones con otras células, mientras que, si está poco conectada con otros vecinos, la célula necesita menos energía para establecer ese vínculo”, destaca Buceta.

En esta investigación, los científicos alteraron el tejido, reduciendo la adhesión entre las células para poner su modelo a prueba. “Esto hace que cambie la organización, al ser más fácil, menos costoso energéticamente hablando, que las células contacten con nuevas células”, apunta Buceta.

Los investigadores señalan que, analizando el comportamiento de los tejidos desde el punto de vista de los materiales, otros trabajos previos han observado que su rigidez depende de la conectividad celular. “De este modo, los tejidos pueden comportarse de una manera más o menos viscosa, es decir, más fluida o más sólida. Nuestros resultados muestran cuantitativamente cómo la geometría de los escutoides condiciona la conectividad celular y, por tanto, cómo pueden ser un instrumento biológico para regular las propiedades, como material, de tejidos y órganos”, concluyen.