Los equipos de Luisma Escudero y Javier Buceta, codescubridores de una nueva forma geométrica en los tejidos vivos que bautizaron como escutoides, han encontrado ahora el 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.
En un trabajo publicado este miércoles en la revista Cell Systems, los investigadores españoles del Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS) y el Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) describen el hallazgo hecho a partir de células de la mosca de la fruta, una extensión del descubrimiento realizado en el año 2018, que tuvo un gran impacto científico y mediático al mostrar que las células epiteliales pueden adoptar durante la formación de los órganos una forma geométrica que no estaba descrita hasta aquel momento: el escutoide.
“En aquel primer trabajo ya vimos que las células epiteliales adopten esta nueva forma es una ventaja energética”, explica Escudero a Vozpópuli. “Que la células sean escutoides hace que puedan tener vecinos diferentes a diferentes alturas, cosa que no podría ocurrir geométricamente sin esta forma. Esto favorece la estabilidad de la célula y optimiza el consumo de energía”. Lo que han visto ahora es el principio que subyace en esta organización, explica. “Es decir, que si una célula tiene pocos vecinos es más barato tener nuevos vecinos, pero conforme va teniendo más vecinos es más costoso energéticamente, ese es el principio que regula el número total de vecinos de la célula”.
Escutoides para entender los tejidos
Este sencillo hallazgo, que surge de abordar el estudio de la organización celular en 3D y no en dos dimensiones como se ha hecho tradicionalmente, puede tener futuras implicaciones en la creación de tejidos y órganos artificiales en el laboratorio, un gran reto para la Biología y la Biomedicina.
El hallazgo puede tener futuras implicaciones en la creación de tejidos y órganos artificiales en el laboratorio
“En este artículo 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”, apunta Escudero.
“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”, subraya Buceta. Pero no se han limitado a elaborar un modelo, sino que además han puesto a prueba sus predicciones mediante experimentos.
En esta investigación, los científicos usaron una mutación para alterar el tejido, reduciendo la adhesión entre las células y ver si sucedía lo que predecía su modelo. “Esto hace que cambie la organización, al ser más fácil (menos costoso energéticamente hablando) que las células contacten con nuevas células”, apunta Buceta. Los resultados de los experimentos confirmaron el principio cuantitativo propuesto por los investigadores.
“Quitamos una molécula para reducir la adhesión entre las células epiteliales y la predicción era que sería más fácil que hubiera escutoides, ya que es más fácil ganar vecinos”, destaca Escudero. “Y eso es lo que vimos y lo predice el modelo”. En otras palabras, cuando la célula son menos rígidas hay menos tensión entre ellas y es más barato intercambiar vecinos".
La geometría de los escutoides condiciona la conectividad celular y, por tanto, cómo pueden ser un instrumento biológico para regular las propiedades
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 solida). 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 Escudero y Buceta.
Además del Instituto de Biomedicina de Sevilla y del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas, en este trabajo han participado también investigadores de la Universidad de Sevilla, la Universidad Johns Hopkins de Estados Unidos y la Universidad del País Vasco, entre otras instituciones.
Referencia: A quantitative biophysical principle to explain the 3D cellular connectivity in curved epithelia (Cell Systems) https://doi.org/10.1016/j.cels.2022.06.003
