Providencia, Rhode Island (Universidad Brown) – El hecho de que los humanos y otros organismos puedan desarrollarse y crecer a partir de una sola célula depende de un proceso llamado desarrollo embrionario. Para que se forme tejido sano, las células del embrión deben organizarse de la manera correcta, en el lugar correcto y en el momento correcto. Si este proceso no va bien, puede provocar defectos de nacimiento, problemas de regeneración de tejidos o cáncer. Todo esto hace que comprender cómo se organizan los diferentes tipos de células en una arquitectura tisular compleja sea una de las cuestiones más fundamentales en la biología del desarrollo.
Aunque los investigadores todavía están lejos de comprender completamente este proceso, un grupo de científicos de la Universidad de Brown ha ayudado a que este campo se acerque cada vez más en los últimos años. ¿Su secreto? Una rama de las matemáticas llamada topología.
Un equipo de investigación de Brown, formado por ingenieros biomédicos y matemáticos aplicados, creó un algoritmo de aprendizaje automático utilizando topología computacional que perfila formas y patrones espaciales en embriones, estudiando cómo estas células se organizan en arquitecturas similares a tejidos. En el nuevo estudio, llevan ese sistema al siguiente nivel, abriendo el camino para estudiar cómo se ensamblan múltiples tipos de células.
El trabajo se describe en npj Systems Biology and Applications.
«En los tejidos, puede haber diferencias en cómo una célula se adhiere a un tipo de célula similar versus cómo se adhiere a un tipo de célula diferente», dijo Ian Y. Wang, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería de Brown que ayudó a desarrollar el algoritmo. . «Existe una pregunta interesante sobre cómo estas células saben exactamente dónde terminar dentro de un tejido determinado, que a menudo está compartimentado espacialmente en distintas regiones».
Por ejemplo, en un embrión animal, la capa externa de células forma la piel, la capa intermedia forma músculos y huesos, mientras que la capa interna forma el hígado o los pulmones. Las células dentro de cada capa se adhieren preferentemente entre sí, separándolas de las células de otras capas que forman el resto del cuerpo.
En la década de 1970, los científicos descubrieron que las células dentro de los embriones de rana podían separarse lentamente y, cuando se volvían a mezclar, se reorganizaban espontáneamente hasta su organización inicial. Esto sucede porque las células tienen diferentes relaciones entre sí y, a medida que se apilan y agrupan, se preservan ciertos patrones topológicos de conexiones y bucles.
«En el caso de estas disposiciones espaciales de los tejidos, se puede aprender mucho de lo que está ahí, pero al mismo tiempo de lo que no está allí», dijo Dhananjay Bhaskar, reciente doctorado en Brown. El graduado dirigió el trabajo y ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Yale.
Los investigadores de Brown demostraron en 2021 cómo su método puede perfilar las características topológicas de un tipo de célula, cómo se organiza en distintas configuraciones espaciales y hacer predicciones basadas en ellas.
