Imagen:
Una instantánea del desarrollo de embriones gemelos. Las líneas amarillas marcan la futura médula espinal.
mirar Más
Crédito: Grupo Mattia Serra / UC San Diego
Una de las preguntas fundamentales más persistentes de la vida es: ¿Cómo sucede? Por ejemplo, en el desarrollo humano, ¿cómo se autoorganizan las células en piel, músculos o huesos? ¿Cómo forman el cerebro, los dedos y la columna?
Aunque las respuestas a estas preguntas siguen siendo desconocidas, una línea de investigación científica radica en comprender la gastrulación, la etapa en la que las células embrionarias se desarrollan desde una sola capa hasta una estructura multidimensional a lo largo del eje principal del cuerpo. En humanos, la gastrulación ocurre aproximadamente 14 días después de la concepción.
Los embriones humanos no se pueden estudiar en esta etapa, por lo que investigadores de la Universidad de California en San Diego, la Universidad de Dundee (Reino Unido) y la Universidad de Harvard pudieron estudiar la gastrulación en embriones de pollo, que en esta etapa tienen muchas similitudes con los embriones humanos. .
La investigación se llevó a cabo a través de lo que Mattia Serra, profesor asistente de física de UC San Diego, llama un circuito ideal: una combinación interdisciplinaria de ida y vuelta de ciencia teórica y experimental. Mattia es un teórico interesado en descubrir patrones que emergen en sistemas biofísicos complejos.
Aquí, él y su equipo construyeron un modelo matemático basado en aportaciones de biólogos de la Universidad de Dundee. El modelo pudo predecir con precisión los flujos de gastrulación (el movimiento de decenas de miles de células en un embrión de pollo completo) observados al microscopio. Esta es la primera vez que un modelo matemático autoorganizado logra reproducir estos flujos en embriones de pollo.
Luego, los biólogos querían ver si el modelo no sólo podía replicar lo que se sabía que era empíricamente cierto, sino también predecir lo que sucedería en diferentes condiciones. El equipo de Serra «perturbó» el modelo; en otras palabras, cambió las condiciones iniciales o los parámetros actuales.
Los resultados fueron sorprendentes: el modelo produjo flujos celulares que no se observaban naturalmente en los polluelos, pero sí en otras dos especies de vertebrados: una rana y un pez.
Para asegurarse de que estos resultados no fueran una fantasía matemática del modelo, los colaboradores de biología simularon los problemas exactos del modelo en el laboratorio en un embrión de pollo. Sorprendentemente, estos embriones de pollo manipulados también mostraron un flujo de gastrulación similar al observado naturalmente en peces y ranas.
Estos hallazgos, publicados Avances en la ciencialo que sugiere que los mismos principios físicos detrás de la autoorganización multicelular pueden haber evolucionado entre especies de vertebrados.
«Los peces, las ranas y los polluelos viven en ambientes muy diferentes, por lo que con el tiempo, las presiones evolutivas pueden haber cambiado los parámetros y las condiciones iniciales del desarrollo embrionario», dijo Serra. «Pero algunos principios básicos de la autoorganización, al menos en esta etapa temprana de la gastrulación, pueden ser los mismos en los tres».
Serra y sus colaboradores están estudiando ahora otros mecanismos que conducen a patrones de autoorganización a escala embrionaria. Espera que la investigación ayude a diseñar biomateriales y medicina regenerativa para ayudar a los humanos a vivir vidas más largas y saludables.
«El cuerpo humano es el sistema funcional más complejo que existe», afirmó. «Hay tantas preguntas biológicas, físicas y matemáticas interesantes sobre nuestros cuerpos que es hermoso pensar en ellas. Los descubrimientos que podemos hacer son infinitos.
Descargo de responsabilidad: AAAS y EurekAlert! ¡No somos responsables de la exactitud de los comunicados de prensa publicados en EurekAlert! Para uso de cualquier información por parte de organizaciones contribuyentes o a través del sistema EurekAlert.
