MADRID, 22 Nov. (EUROPA PRESS) -
Los órganos del cuerpo humano tienen complejas redes de tubos y bucles llenos de líquido con diferentes formas y sus estructuras tridimensionales conectadas entre sí de forma diferente, según el órgano. Ahora un equipo de investigadores han revelado la relación entre la conectividad de las estructuras tridimensionales de los tejidos y la aparición de su arquitectura para ayudar a los científicos a diseñar tejidos autoorganizados que imiten a los órganos humanos.
Durante el desarrollo de un embrión, los órganos desarrollan su forma y arquitectura tisular a partir de un simple grupo de células. Debido a la falta de conceptos y herramientas, resulta difícil comprender cómo surgen la forma y la compleja red de tejidos durante el desarrollo de los órganos.
Los científicos del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) y del Instituto de Física de Sistemas Complejos (MPI-PKS), ambos en Alemania, así como del Instituto de Investigación de Patología Molecular (IMP) de Viena (Austria), han definido por primera vez la métrica del desarrollo de los órganos.
En su estudio, publicado en la revista 'Nature Physics', el equipo internacional proporciona las herramientas necesarias para transformar el campo de los organoides --órganos en miniatura-- en una disciplina de ingeniería para desarrollar sistemas modelo para el desarrollo humano.
La interacción colectiva de las células conduce a la conformación de un organismo durante el desarrollo. Los distintos órganos presentan diversas geometrías y estructuras tridimensionales conectadas de forma diferente que determinan la función de los tubos y bucles llenos de líquido en los órganos.
Un ejemplo es la arquitectura de red ramificada del riñón, que favorece la filtración eficaz de la sangre. Observar el desarrollo embrionario en un sistema vivo es difícil, por lo que hay muy pocos conceptos que describan cómo se desarrollan las redes de tubos y bucles llenos de líquido.
Aunque estudios anteriores han demostrado cómo la mecánica celular induce cambios de forma locales durante el desarrollo de un organismo, no está claro cómo surge la conectividad de los tejidos.
Combinando imágenes y teoría, el investigador Keisuke Ishihara empezó a trabajar en esta cuestión primero en el grupo de Jan Brugues en el MPI-CBG y el MPI-PKS. Posteriormente, continuó su trabajo en el grupo de Elly Tanaka en el IMP.
Junto con su colega Arghyadip Mukherjee, antiguo investigador del grupo de Frank Jülicher en el MPI-PKS, y Jan Brugués, Keisuke utilizó organoides derivados de células madre embrionarias de ratón que forman una compleja red de epitelios, que recubren los órganos y funcionan como barrera.
"Todavía recuerdo el emocionante momento en que descubrí que algunos organoides se habían transformado en tejidos con múltiples brotes que parecían un racimo de uvas --recuerda--. Sin embargo, describir el cambio en la arquitectura tridimensional durante el desarrollo resultó todo un reto"
"Descubrí que este sistema de organoides genera sorprendentes estructuras internas con muchos bucles o pasajes, que se asemejan a una pelota de juguete con agujeros", añade.
Estudiar el desarrollo de los tejidos en organoides tiene varias ventajas: pueden observarse con métodos avanzados de microscopía, lo que permite ver los cambios dinámicos en el interior del tejido. Pueden generarse en gran número y el entorno puede controlarse para influir en el desarrollo.
Los investigadores pudieron estudiar la forma, el número y la conectividad del epitelio. También siguieron los cambios en la estructura interna de los organoides a lo largo del tiempo.
"Descubrimos que la conectividad del tejido surge de dos procesos diferentes --prosigue Keisuke--: o bien dos epitelios separados se fusionan o bien un solo epitelio se autofusiona fusionando sus dos extremos, y creando así un bucle en forma de rosquilla".
Los investigadores sugieren, basándose en la teoría de las superficies epiteliales, que la inflexibilidad de los epitelios es un parámetro clave que controla la fusión epitelial y, a su vez, el desarrollo de la conectividad tisular.
"Esperamos que nuestros hallazgos conduzcan a una nueva visión de las arquitecturas tisulares complejas y de la interacción entre la forma y la conectividad de la red en el desarrollo de los órganos", concluyen los supervisores del estudio, Jan Brugues, Frank Jülicher y Elly Tanaka.
"Nuestro marco experimental y de análisis ayudará a la comunidad de organoides a caracterizar y diseñar tejidos autoorganizados que imiten a los órganos humanos --aseguran--. Al revelar cómo influyen los factores celulares en el desarrollo de los órganos, estos resultados también pueden ser útiles para los biólogos celulares del desarrollo interesados en los principios organizativos".
