Células con superpoderes para deformarse sin romperse
Superhéroes como Ms. Marvel o Los Increíbles son capaces de deformar sus cuerpos más allá de los límites humanos. Un equipo científico de Cataluña ha descubierto que nuestras células también tienen este superpoder. El mecanismo ha sido denominado superelasticidad activa, una capacidad inusual para soportar deformaciones extremas.
Células superdeformadas rodeadas por otras mínimamente deformadas. El núcleo celular se muestra en azul, los filamentos de actina en rojo y los filamentos de queratina en verde. / IBEC
Con cada latido del corazón y cada inspiración en los pulmones, las células de nuestro cuerpo experimentan de forma rutinaria grandes deformaciones. Estas deformaciones son aún más pronunciadas cuando las células se organizan para dar forma a nuestros órganos en la etapa embrionaria, o cuando invaden tejidos sanos a través de poros estrechos durante la metástasis del cáncer. Hasta ahora, el mecanismo que permitía a las células deformarse sin romperse era un misterio.
El equipo desarrolló una técnica para someter tejidos epiteliales a deformaciones muy grandes: hasta de cuatro veces su tamaño original
En su último artículo publicado esta semana en Nature, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) han presentado una nueva propiedad física de las células, a la que denominan superelasticidad activa, que explica su capacidad inusual para soportar deformaciones extremas.
Tejidos fundamentales para la vida
El equipo, dirigido por Marino Arroyo y Xavier Trepat, desarrolló una técnica para someter tejidos epiteliales (capas celulares delgadas que cubren las superficies internas y externas del cuerpo) a deformaciones muy grandes, hasta de cuatro veces su tamaño original. Estos tejidos son fundamentales para la vida, ya que protegen el cuerpo de la radiación, los contaminantes y de los patógenos. También son los responsables del intercambio de gases en los pulmones, la absorción de nutrientes en el intestino y la excreción de orina en los riñones.
“La mayoría de los materiales no toleran bien un gran estiramiento. A medida que se van deformando, intentan volver a su estado relajado inicial (como una goma elástica), pudiendo llegar a romperse cuando la tensión sea muy elevada", dice Arroyo.
Ernest Latorre, Marino Arroyo y Xavier Trepat, autores del estudio. / IBEC
Los investigadores descubrieron que los tejidos epiteliales tienen un comportamiento mecánico diferente e inusual. Para su sorpresa, los epitelios no se rompieron durante la deformación, y recuperaron su tamaño inicial de manera totalmente reversible al cesar la tensión. Pero lo menos previsible fue ver cómo algunas células del tejido apenas se deformaban, mientras que otras lo hacían de forma extrema, aumentando su área más de diez veces.
Los epitelios no se rompieron durante la deformación y recuperaron su tamaño inicial de manera totalmente reversible al cesar la tensión
Mecanismos moleculares
Los autores han identificado los mecanismos moleculares que explican este comportamiento físico, al que denominan superelasticidad activa en analogía con el comportamiento de algunas aleaciones metálicas de alta tecnología utilizadas en aplicaciones médicas.
A medida que el tejido se estira, las células que lo componen tienen la habilidad de mantenerse en un estado relajado o bien cambiar hacia un estado superdeformado sin que esto les cause ninguna ‘molestia’.
Como consecuencia, estos tejidos pueden soportar una deformación creciente gracias a que sus células van cambiando progresivamente a su estado superdeformado sin aumentar la tensión, lo que de otra forma comprometería la integridad o la cohesión del tejido.
"Todos estamos familiarizados con superhéroes como Ms. Marvel o Los Increíbles, que son capaces de deformar sus cuerpos más allá de los límites humanos. Es divertido pensar que nuestras células también son superdeformables. ¡Estamos hechos de células superheroínas!”, dice Xavier Trepat. "Entender este sorprendente comportamiento mecánico de los tejidos epiteliales podría ayudarnos a desarrollar mejores órganos artificiales o nuevas tecnologías biónicas como los órganos enun chip", añade Ernest Latorre, primer autor del estudio.
Referencia bibliográfica:
Ernest Latorre, Marino Arroyo, Xavier Trepat et al. "Active superelasticity in three-dimensional epithelia of controlled shape". Nature (2018)
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