Fuerzas celulares que moldean la vida

Cada vez hay más pruebas de que las fuerzas mecánicas resultan muy decisivas para un organismo, desde el embrión hasta el adulto.

Los estudios con embriones, como el de este pez cebra, han ayudado a comprender la relevancia de las fuerzas en la biología. [PHILIPP KELLER/HHMI JANELIA RESEARCH CAMPUS]

En síntesis

Durante tiempo se había pensado que el desarrollo de los órganos y el cuerpo estaba dirigido principalmente por los genes y otras biomoléculas. No obstante, en los últimos veinte años ha comenzado a tenerse en cuenta la influencia de las fuerzas mecánicas en las células.

Se han descubierto así fuerzas cruciales que dan forma a los seres vivos y que intervienen desde las primeras etapas del desarrollo embrionario hasta fases posteriores en las que aparecen enfermedades.

Conocer con detalle el modo en el que actúan las fuerzas en distintos procesos servirá para diseñar mejores tratamientos para ciertos problemas, como la infertilidad o el cáncer.

Al principio, un embrión no tiene frente ni espalda, ni cabeza ni cola: no es más que una mera esfera de células. Pero ese amontonamiento homogéneo comienza a cambiar muy pronto: se acumula líquido en su interior, las células fluyen como la miel para tomar posiciones de cara al futuro cuerpo, y las láminas celulares se pliegan como en la papiroflexia para construir un corazón, un intestino o un cerebro.

No ocurriría nada de esto sin las fuerzas que, para dar forma al animal en desarrollo, lo aprietan, lo doblan y lo estiran. Incluso al alcanzar la madurez, sus células siguen respondiendo a los empujones y tirones que se dan entre sí, o que les llegan desde el entorno.

Según la bióloga del desarrollo Amy Shyer, que estudia la morfogénesis en la Universidad Rockefeller, en Nueva York, la manera en que se moldean los cuerpos y los tejidos sigue siendo «una de las cuestiones más importantes y menos conocidas de nuestra época». Durante décadas, los biólogos se han centrado en cómo va tomando forma un organismo gracias a los genes y a otras biomoléculas, sobre todo porque las herramientas para analizar estas señales son de fácil acceso y están en constante mejora. A las fuerzas mecánicas se les ha prestado mucha menos atención.

Para el mecanobiólogo Xavier Trepat, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña, en Barcelona, centrarse únicamente en los genes y las biomoléculas es «como si intentáramos escribir un libro solo con la mitad de las letras del alfabeto».

A lo largo de los últimos veinte años, se ha comenzado a tener en cuenta la mecánica en una serie de órganos, de organismos y de etapas del desarrollo. Se empiezan a definir los procesos celulares que generan fuerzas, así como los que permiten percibirlas y responder a ellas. Y todo gracias a la invención de herramientas y estrategias diseñadas exprofeso, con la incorporación de láseres y micropipetas, partículas magnéticas y microscopios fabricados a medida. La mayoría de las investigaciones exploran las señales mecánicas en una placa con un cultivo de células o tejidos. Pero hay quienes prefieren utilizar los animales enteros y a veces detectan que han actuado principios diferentes de los que parecen intervenir en los tejidos aislados. El biólogo del desarrollo Roberto Mayor, del Colegio Universitario de Londres, nos comenta que estos estudios in vivo plantean numerosos desafíos (como la medición de fuerzas diminutas en tejidos complejos), pero son la clave para interpretar la misión de las fuerzas a la hora de esculpir la vida.

A medida que un puñado de científicos tenaces va venciendo los retos, se va topando con las fuerzas cruciales que dan forma a los seres vivos, desde el inicio de las etapas embrionarias hasta la aparición de las enfermedades que los castigarán más tarde. En el futuro, esta información servirá para diseñar mejores tratamientos para ciertos problemas, como la infertilidad o el cáncer.

Según el biólogo del desarrollo Thomas Lecuit, del Instituto de Biología del Desarrollo de Marsella, «las fuerzas operan cada vez que hay que tallar una forma».

Fuerzas desde el principio

Antes de que un embrión tome forma, tiene que romper la simetría de la bola homogénea de células. Después de adentrarse en los controles genéticos y químicos que guían este proceso, los científicos empiezan ahora a vislumbrar mejor los mecanismos. El biólogo Jean-Léon Maître, del Instituto Curie, en París, afirma que «poco a poco va aflorando la imagen completa sobre la intervención de las fuerzas mecánicas en el desarrollo». Por ejemplo, las propiedades físicas, como la presión hidráulica y la densidad celular, se vuelven decisivas a medida que el embrión de los mamíferos va organizando la parte frontal, la espalda, la cabeza y la cola.

El grupo de Maître está investigando la bola inicial de células que conforman el embrión murino para saber cómo aparece la enorme cavidad llena de líquido denominada blastocele. A medida que este se llena, las células que se convertirán en el feto se van amontonando en un lateral. Esta primera rotura de la simetría garantiza la correcta implantación del embrión en la pared del útero y también controla tanto el lado del embrión que será la espalda como el que se convertirá en la tripa. Lo que no quedaba claro era cómo se creaba y colocaba el blastocele.

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