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1 de Noviembre de 2017
Biofísica

Tejidos vivos que se comportan como cristales líquidos

Un modelo del epitelio sugiere que la dinámica de este y otros tejidos biológicos guarda una gran semejanza con la de un cristal líquido. Una experta en física de materiales y un biólogo comentan el alcance de estos hallazgos para sus respectivas disciplinas.

Las células epiteliales, como las que revisten la superficie interna del esófago (micrografía), muestran movimientos que se asemejan a los que presentan los cristales líquidos. [FLICKR/HOSPITAL UNIVERSITARIO DEL VALLE DE HEBRÓN DE BARCELONA, INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN/CREATIVE COMMONS CC BY-ND 2.0]

En síntesis

Los tejidos epiteliales revisten las cavidades y las superficies de los órganos en el cuerpo.

Estos tejidos expelen las células innecesarias o nocivas mediante un proceso de extrusión.

En un trabajo reciente se ha elaborado un modelo del epitelio que considera este tejido como un cristal líquido activo en el que los movimientos de las células generan defectos topológicos.

Se ha comprobado así que existe una correspondencia entre los lugares de extrusión
y las posiciones de los defectos en el cristal líquido.

El trabajo abre nuevas perspectivas para ulteriores estudios acerca de los nexos entre
la organización celular en los tejidos y algunos procesos biológicos clave.

El epitelio, materia activa

Un reciente artículo de Thuan B. Saw, del Instituto de Mecanobiología de la Universidad Nacional de Singapur, y un nutrido grupo internacional de colaboradores ha demostrado que la física de la materia blanda puede contribuir a un conocimiento más profundo de la biología de sistemas. Los autores muestran que los esfuerzos de compresión inducidos por el ordenamiento orientacional y los defectos del epitelio constituyen un desencadenante físico de la muerte celular. Lo más excitante de este artículo es su relación con un nuevo campo de la física de la materia condensada: la materia activa.

Los físicos tratan con frecuencia de aplicar la termodinámica y la mecánica de los materiales blandos a los sistemas biológicos, pero esta vía adolece de graves limitaciones. Los sistemas vivos no suelen hallarse en equilibrio: los conjuntos celulares y subcelulares cambian sin cesar su estructura en respuesta a estímulos externos, consumiendo energía almacenada en moléculas de ATP. Por ello, uno de los acontecimientos más fascinantes en la física de la materia condensada actual es el auge en la investigación sobre la materia activa, la cual, al contrario que los sólidos y los líquidos clásicos, no se encuentra en equilibrio.

En la naturaleza pueden observarse numerosos ejemplos de materia activa, desde las bandadas de pájaros y los enjambres de insectos hasta las células, las combinaciones de biopolímeros y los motores moleculares. La característica común a todos ellos es que los conjuntos de elementos discretos (pájaros, células, biopolímeros, etcétera) absorben energía localmente y traducen esa energía en un desplazamiento que a su vez puede dar lugar a movimientos dinámicos a gran escala. El movimiento interno en el seno de un material activo puede originar también estructuras dinámicas emergentes. Entre ellas se cuentan los defectos topológicos, en donde se rompe el orden local.

¿Cómo encaja en este marco el trabajo de Saw? Las células epiteliales son un poco alargadas y se hallan estrechamente empaquetadas, lo que significa que pueden alinearse espontáneamente de modo similar a las moléculas de los cristales líquidos nemáticos, unos fluidos cuyas moléculas exhiben orden orientacional. El reciente estudio demuestra que las células epiteliales parecen comportarse como un nemático activo que contiene defectos topológicos móviles en forma de cometa.

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