Los tornados celulares esculpen nuestros órganos – ScienceDaily

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¿Cómo se generan las diferentes formas de nuestros órganos y tejidos? Para responder a esta pregunta, un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, obligó a las células musculares a reproducir espontáneamente formas simples. in vitro. Al limitarlas a discos de adhesión, los bioquímicos y físicos han observado que las células se autoorganizan rápidamente al alinearse en la misma dirección. Se crea un movimiento circular alrededor de un vórtice, llamado defecto topológico, que, al orientar las células, les permite unir fuerzas, deformando la monocapa celular en una protuberancia, una estructura comúnmente observada en el desarrollo del embrión. Esta protuberancia cilíndrica es mantenida por las fuerzas de rotación colectivas de las celdas, creando un efecto similar al de un tornado. La formación de estos tornados celulares constituiría por lo tanto un mecanismo simple de morfogénesis espontánea, dictada por las propiedades únicas de los ensamblajes multicelulares. Estos resultados se pueden leer en el diario. materiales de la naturaleza.

Nuestro cuerpo está formado por órganos y tejidos, cada uno con su forma particular. Pero, ¿cómo forman las células los pliegues del intestino o los alvéolos de los pulmones? Es posible reconstituir estas formas in vitro? Para responder a estas preguntas, los bioquímicos se unieron a los físicos teóricos para probar la capacidad de los tejidos celulares para autoformarse espontáneamente.

«En física teórica, sabemos que si hay enlaces activos entre las células, entonces se ordenarán espontáneamente y adoptarán comportamientos colectivos conocidos como ‘emergentes’, porque no existen en la escala de una sola célula», explica Karsten Kruse, completa profesor de los departamentos de bioquímica y física teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. La teoría predice que uno de estos comportamientos emergentes es la adopción de formas particulares por parte de un tejido multicelular. Esta es la hipótesis que queríamos verificar. in vitro.

Para ello, el equipo de Ginebra seleccionó células musculares humanas que son capaces de contraerse y cuya forma de varilla les permite alinearse: “Cuando las células se colocan sobre una superficie plana, se alinean y forman estructuras similares a un campo de trigo, donde el ha pasado el viento: hay un orden general con cambios repentinos de dirección en puntos específicos”, dice Aurélien Roux, profesor del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. Estos cambios de dirección se denominan ‘defectos topológicos’: representan los lugares donde las fuerzas físicas ejercidas sobre las células son muy débiles o, por el contrario, inmensas.

Los defectos topológicos crean tornados celulares

Entonces, ¿qué impacto tienen estos defectos topológicos en la forma de la tela? Para comprender su función, el equipo interdisciplinario cultivó células en discos de adhesión. “Se trata de confinar nuestras células musculares a una superficie rodeada de moléculas repulsivas que las obligan a formar un círculo”, explica Aurélien Roux. Las células rápidamente comienzan a rotar juntas para formar una espiral ordenada. “Podemos ver el movimiento espontáneo de las celdas, como cuando una multitud se ve obligada a caminar por una habitación y termina yendo en la misma dirección por conveniencia”, continúa.

Así ordenado, sólo queda un defecto topológico en el centro del círculo. «Vemos que la espiral, que concentra las fuerzas celulares en su centro, acumula las células recién formadas allí por división celular. Por lo tanto, la espiral se convertirá gradualmente en un vórtice, creando una protuberancia en el medio del disco», explica Karsten Kruse. . Y esta protuberancia puede ser de hasta medio milímetro, lo cual es enorme para una base que no mide ni una centésima de milímetro. Por lo tanto, el equipo con sede en Ginebra está observando un pequeño tornado celular 3D real que gira.

Morfología celular espontánea sujeta a las leyes de la física

Los investigadores encontraron que las células musculares formaron espontáneamente estructuras similares a tornados, que se asemejan a las estructuras observadas en el desarrollo del embrión, como los dedos o los pliegues de la capa intestinal. «Esta autoorganización espontánea sin regulación bioquímica podría ser la etapa inicial en la formación de protuberancias en el embrión», dice Aurélien Roux. Los científicos también han señalado que los defectos topológicos controlan la organización de las células y determinan la forma que adoptarán. “Finalmente, nuestro estudio muestra que las células no escapan a las leyes de la física sino que, sujetas a las mismas limitaciones que todos los materiales, las explotan para concentrar sus fuerzas y crear formas que solo se ven en los organismos vivos”, añade Karsten Kruse.

Los investigadores estudiarán ahora ejemplos simples de embriones para compararlos con modelos teóricos y in vitro experimentos y comprender los diferentes mecanismos posibles que regulan las fuerzas en el embrión.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Ginebra. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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