MADRID, 23 Dic. (EUROPA PRESS) -
Una parte fundamental del desarrollo de cualquier organismo es el proceso de plegado de los tejidos en formas complejas. Un nuevo estudio realizado sobre peces cebra ha revelado un nuevo mecanismo que hace que las láminas de células se plieguen en los canales semicirculares del oído interno.
Según aseguran los investigadores, que publican el trabajo en la revista 'Cell', este mecanismo, probablemente conservado en todas las especies, incluidos los mamíferos, puede tener aplicaciones en bioingeniería.
Desde los tubos lisos de las arterias y venas hasta las bolsas texturizadas de los órganos internos, el cuerpo está formado por tejidos dispuestos en formas complejas que ayudan a realizar funciones específicas. Pero, ¿cómo se pliegan las células con tanta precisión en configuraciones tan complicadas durante el desarrollo? ¿Cuáles son las fuerzas fundamentales que impulsan este proceso?
Ahora, investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard, en Estados Unidos, han descubierto un proceso mecánico por el que las láminas de células se transforman en los delicados canales semicirculares del oído interno.
La investigación revela que el proceso implica una combinación de ácido hialurónico, producido por las células, que se hincha con el agua, y unos finos conectores entre las células que dirigen la fuerza de esta hinchazón para dar forma al tejido.
Aunque se ha llevado a cabo en el pez cebra, el trabajo revela un mecanismo básico de cómo los tejidos adquieren formas, un mecanismo que probablemente se conserve en todos los vertebrados, dicen los investigadores, y que también puede tener implicaciones para la bioingeniería.
El autor principal del estudio, Sean Megason, profesor de biología de sistemas en el Instituto Blavatnik del HMS, y su equipo estudian cómo las células se convierten en estructuras tridimensionales complejas. Para abordar esta cuestión, recurrieron a un organismo modelo clásico e ideal: el pez cebra.
"Son transparentes, así que sólo hay que ponerlos bajo el microscopio y observar todo el proceso, desde una sola célula hasta una larva que puede nadar y tiene todas sus partes", explica el primer autor del estudio, Akankshi Munjal, que realizó la investigación como investigador postdoctoral en el HMS y ahora es profesor asistente de biología celular en la Universidad de Duke.
Estas partes incluyen los canales semicirculares, tres tubos llenos de líquido en el oído interno que son necesarios para el equilibrio y la orientación en el espacio. Se sabe poco sobre cómo se forman los canales semicirculares, en parte porque en muchas especies están ocultos por el oído medio y externo. En el pez cebra, sin embargo, los canales se encuentran cerca de la superficie, lo que permite a los investigadores observar su desarrollo al microscopio.
"Fue una oportunidad apasionante para ver cómo se forma un órgano tridimensional a partir de una simple hoja de células --resalta Munjal--. Pudimos observar el oído interno en el embrión con total accesibilidad".
"El oído interno es un modelo de cómo las células trabajan juntas para crear estructuras complejas necesarias para el funcionamiento de los organismos --añade Megason--. Nos adentramos en él pensando que era una estructura hermosa, pero sin saber lo que íbamos a encontrar".
Y lo que encontraron les sorprendió. La idea convencional es que las proteínas actina y miosina actúan como diminutos motores dentro de las células, empujándolas y tirando de ellas en diferentes direcciones para plegar un tejido en una forma específica. Sin embargo, los investigadores descubrieron que los canales semicirculares del pez cebra se forman mediante un proceso muy diferente.
Durante el desarrollo, las células producen ácido hialurónico, que quizá sea más conocido como agente antiarrugas en los productos de belleza. Una vez en la matriz extracelular, el ácido se hincha, como un pañal en una piscina.
Esta hinchazón crea suficiente fuerza para mover físicamente las células cercanas, pero como la presión es la misma en todas las direcciones, los investigadores se preguntaron cómo el tejido acaba estirándose en una dirección y no en otra para formar una forma alargada. El equipo descubrió que esto se consigue gracias a unos finos conectores entre las células -denominados citocinchas- que limitan la fuerza.
"Es como si pusiéramos un corsé a un globo de agua y lo deformáramos en una estructura oblonga", explica Munjal. Esta combinación de hinchazón y cincha da forma progresivamente a una hoja inicialmente plana de células en forma de tubos.
"Nuestro trabajo muestra una nueva forma de hacer las cosas", señala Megason, que añade que espera que anime a la gente a considerar otros mecanismos que puedan estar implicados en la formación de los tejidos. "Las células tienen que utilizar muchas fuerzas diferentes para lograr lo que necesitan, y el tiempo dirá exactamente cuál es el equilibrio entre los enfoques moleculares de la actina y la miosina y los enfoques más físicos de la presión".
Los genes que controlan la producción de ácido hialurónico en los canales semicirculares del pez cebra también están presentes en los canales semicirculares de los mamíferos, lo que sugiere que puede estar ocurriendo un proceso similar. Además, el ácido hialurónico se encuentra en múltiples partes del cuerpo humano, como la piel y las articulaciones, lo que indica que puede desempeñar un papel en la formación de muchos tejidos y órganos, una vía para futuras investigaciones.
Si resulta ser así, el estudio de los genes implicados en la producción de ácido hialurónico podría ayudar a los investigadores a entender los defectos congénitos de los órganos en los que el ácido hialurónico impulsa el desarrollo.
"Es probable que se trate de un mecanismo generalizado y conservado en todas las especies y órganos", afirma Munjal. El mecanismo también podría aplicarse a la bioingeniería, donde los investigadores intentan inducir a las células madre a formar brotes, tubos y otras formas complicadas, con el objetivo final de cultivar órganos en el laboratorio.
Los órganos cultivados en laboratorio son todavía un trabajo en curso, apunta Megason, pero un paso clave será analizar cómo se forman los órganos dentro de un organismo. "Intentamos diseccionar los pasos de la formación in vivo de un órgano complejo como el oído interno y comprenderlos cuantitativamente --señala--. Esperamos que esto siente las bases para que las células crezcan en cualquier patrón y forma que queramos".
