Nuestras células se relajan en las curvas

Un descubrimiento clave para el cultivo de órganos in vitro

17.05.2022 - Suiza

¿Cómo se organizan nuestras células para dar la forma final a nuestros órganos? La respuesta está en la morfogénesis, el conjunto de mecanismos que regulan su distribución en el espacio durante el desarrollo embrionario. Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) acaba de hacer un descubrimiento sorprendente en este campo: cuando un tejido se curva, el volumen de las células que lo componen aumenta en lugar de disminuir. Este descubrimiento abre nuevas vías para el cultivo de órganos in vitro, una alternativa parcial a la experimentación animal. También sugiere nuevas perspectivas para la producción de ciertos materiales. Esta investigación se publica en la revista Developmental Cell.

En biología, los mecanismos que determinan la distribución de las células en el espacio para dar forma y estructura a nuestros tejidos y órganos se denominan "morfogénesis". Estos mecanismos actúan durante el desarrollo embrionario y explican cómo se forman, por ejemplo, los pliegues de nuestros intestinos o los alvéolos de nuestros pulmones. En otras palabras, estos fenómenos están en la base de nuestro desarrollo y el de todos los seres vivos.

Las células se hinchan y esto es inesperado

En un estudio reciente, el equipo del profesor Roux investigó cómo reaccionan y se adaptan las células que componen un tejido cuando se dobla. Haciendo rodar una monocapa de células in vitro, que es un conjunto compacto y plano de células dispuestas unas junto a otras, los científicos de la UNIGE hicieron un descubrimiento contraintuitivo. "Comprobamos que el volumen de las células situadas en la curvatura aumentaba aproximadamente un 50% al cabo de cinco minutos en lugar de disminuir, y luego volvía a la normalidad en 30 minutos", explica Aurélien Roux, último autor de este estudio. Esto es lo contrario de lo que se observa al doblar un material elástico.

Al doblar esta "lámina" de células, similar a la que compone nuestra piel, los investigadores observaron con mayor precisión que ésta se hinchaba hasta adoptar la forma de pequeñas cúpulas. "El hecho de que este aumento de volumen sea escalonado en el tiempo y transitorio demuestra también que se trata de un sistema activo y vivo", añade Caterina Tomba, primera autora del estudio y antigua investigadora del Departamento de Bioquímica de la UNIGE.

Un fenómeno mecánico y biológico

Es la combinación de dos fenómenos lo que explica este aumento de volumen. "El primero es una reacción mecánica a la curvatura, el segundo está relacionado con la presión osmótica ejercida sobre la célula", explica Aurélien Roux. Las células evolucionan en un entorno de agua salada. La membrana semipermeable que las separa de su entorno permite el paso del agua, pero no de la sal, que ejerce una determinada presión sobre la célula. Cuanto mayor sea la concentración de sal en el exterior -y, por tanto, la llamada presión osmótica-, más agua pasará a través de la membrana de la célula, aumentando su volumen.

"Cuando se induce una curvatura, las células reaccionan como si fuera la presión osmótica la que aumentara. Por lo tanto, absorben más agua, lo que tiene el efecto de hacerlas hinchar", explica el investigador.

Útil para reducir la experimentación con animales

Entender cómo responden las células a la flexión es un avance importante para el desarrollo in vitro de organoides. En efecto, estas estructuras multicelulares tridimensionales, diseñadas para imitar la microanatomía de un órgano y sus funciones, pueden permitir una gran cantidad de investigaciones sin necesidad de experimentar con animales. "Nuestro descubrimiento es un fenómeno activo a tener en cuenta para controlar el crecimiento espontáneo de los organoides, es decir, para obtener la forma y el tamaño deseados del órgano", afirma Aurélien Roux. El objetivo a largo plazo sería poder "cultivar" cualquier órgano de sustitución para determinados pacientes.

Estos resultados también interesan a la industria. "Hoy en día no existen materiales que aumenten de volumen al plegarse. Los ingenieros han conceptualizado un material así sin darse cuenta, porque su producción era extremadamente complicada. Por tanto, nuestro trabajo también ofrece nuevas claves para entender el desarrollo de tales materiales", concluye Aurélien Roux.

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