Una nueva forma geométrica aparece en el desarrollo embrionario

Una forma geométrica desconocida, el escutoide, ha sido descubierta y nombrada por científicos españoles, al examinar cómo la naturaleza envuelve las células de forma eficiente durante el desarrollo embrionario.

A medida que se desarrolla un embrión, los tejidos se doblan en formas tridimensionales complejas que conducen a los órganos. Las células epiteliales son los bloques de construcción de este proceso que forman, por ejemplo, la capa externa de la piel. También recubren los vasos sanguíneos y los órganos de todos los animales.

Estas células se juntan herméticamente. Para acomodar la curvatura que se produce durante el desarrollo embrionario, se ha supuesto que las células epiteliales adoptan formas columnares o similares a una botella.

Sin embargo, un grupo de científicos profundizó en este fenómeno y descubrió que, durante la flexión del tejido, las células epiteliales adoptan una forma previamente no descrita que permite a las células minimizar el uso de energía y maximizar la estabilidad del empaquetamiento. Los resultados se publican en Nature Communications.

El estudio es el resultado de una colaboración Estados Unidos-Unión Europea entre los equipos de Luis M. Escudero (Universidad de Sevilla) y el de Javier Buceta (Universidad de Lehigh). Pedro Gomez-Gálvez y Pablo Vicente-Munuera son los primeros autores de este trabajo que también incluye científicos del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo y el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, entre otros.

Buceta y sus colegas primero hicieron el descubrimiento a través de modelos computacionales que utilizaban la diagramación de Voronoi, una herramienta que se usa en varios campos para comprender la organización geométrica.

"Durante el proceso de modelado, los resultados que vimos fueron extraños", dice Buceta en un comunicado. "Nuestro modelo predijo que a medida que aumenta la curvatura del tejido, las columnas y las formas de las botellas no eran las únicas formas que las células podían desarrollar. ¡Para nuestra sorpresa, la forma adicional ni siquiera tenía un nombre en matemáticas! Uno normalmente no tiene la oportunidad de nombrar una nueva forma".

El grupo ha denominado a la nueva forma "escutoide", por su parecido con el escutelo, la parte posterior de un tórax o sección media de un insecto.

Para verificar las predicciones del modelo, el grupo investigó el empaquetamiento tridimensional de diferentes tejidos en diferentes animales. Los datos experimentales confirmaron que las células epiteliales adoptaron formas y motivos de empaquetamiento tridimensionales similares a los predichos por el modelo computacional.

Utilizando enfoques biofísicos, el equipo argumenta que los scutoides estabilizan el empaque tridimensional y lo hacen energéticamente eficiente. Como dice Buceta: "Hemos desbloqueado la solución de la naturaleza para lograr una flexión epitelial eficiente".

Sus hallazgos podrían allanar el camino para comprender la organización tridimensional de los órganos epiteliales y conducir a avances en la ingeniería de tejidos.

"Además de este aspecto fundamental de la morfogénesis", escriben, "la capacidad de diseñar tejidos y órganos en el futuro se basa críticamente en la capacidad de comprender, y luego controlar, la organización tridimensional de las células".

Buceta agrega: "Por ejemplo, si está buscando cultivar órganos artificiales, este descubrimiento podría ayudarlo a construir un andamio para fomentar este tipo de empaquetamiento de células, imitando con precisión la forma de la naturaleza de desarrollar tejidos de manera eficiente".