Descubren una forma geométrica desconocida hasta ahora... y está en tus células epiteliales

Un escutoide es una forma geométrica sólida, como un cubo o una pirámide, que no se había descrito hasta ahora. Las células epiteliales adoptan esta forma cuando el tejido se curva y hacen que adquiera una estructura más estable. | Imagen US et al.

Hace ya algún tiempo, durante una entrevista a Pedro Miguel Etxenique, el físico y Premio Príncipe de Asturias, me dijo: “Olvídate de los genios solitarios como Leonardo o Einstein, olvídate de esos científicos encerrados en sus laboratorios, eso ya no existe. En la actualidad si quieres conseguir progresos tienes que trabajar en equipo con investigadores de muchos campos diferentes”. La ciencia avanza hoy gracias a equipos de trabajo multidisciplinares. Un solo estudio puede necesitar químicos, geólogos, informáticos, expertos en estadística y otros tantos profesionales de diversas áreas.

Es el caso de uno de los artículos científicos, publicado en Nature Communications, que más fuerte han sonado esta semana en todos los medios de comunicación. Una colaboración científica que ha reunido a biólogos, físicos y matemáticos, trabajando conjuntamente hasta llegar al descubrimiento de una nueva forma geométrica a la que han bautizado como “escutoide”.

La nueva forma geomátrica encaja con la estructura de las células epiteliales y sus diferentes capas | imagen US et al.

Contactamos con dos de los científicos responsables del trabajo, los matemáticos Alberto Márquez y Clara Grima de la Universidad de Sevilla para que nos expliquen cómo se ha llegado a descubrir esta nueva forma geométrica utilizada por las células de nuestros tejidos epiteliales.

Este tipo de células no solo forman nuestra piel sino que también recubren la mayoría de órganos como el tubo digestivo, el hígado, el páncreas, los riñones o el revestimiento de las cavidades naturales como la boca, las fosas nasales, todos nuestros poros… y el equipo de Luis M. Escudero, en el Departamento de Biología celular, se encontró con un problema: estas células epiteliales se organizan en capas y ninguna de las formas geométricas y prismas que conocemos parecía adaptarse correctamente a la manera en que estas células se doblan y encajan entre ellas en realidad.

Hasta ahora, estas células se habían representado con sencillos prismas o pirámides truncadas, sin embargo el equipo de Escudero descubrió que estos tejidos tridimensionales adoptaban formas más complejas. Ante este dilema, Escudero acudió desde su Departamento de Biología al Departamento de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Sevilla para plantearles el problema. El biólogo describió las características y el funcionamiento de estas células y de sus capas, y los matemáticos se pusieron manos a la obra para encontrar la solución. “El resultado fue una figura geométrica que no conocíamos hasta ahora: el escutoide” explica a Yahoo, el matemático Alberto Márquez.

Modelo realizado en plastilina | imagen US et al.

Los primeros modelos, incluido algunos realizados en plastilina como el que veis en la imagen superior, pasaron las pruebas preliminares y el siguiente escalón de la investigación fue trasladar el escutoide a un equipo de físicos para que evaluaran si esta nueva forma geométrica se adaptaba a las fuerzas físicas, en otras palabras: el escutoide también debía pasar pruebas físicas para demostrar que había un equilibrio de fuerzas.

El último paso del trabajo nos devuelve al Departamento de Biología donde ese modelo geométrico debe compararse con la estructura real de las células. Para comprobar que el escutoide es realmente la estructura geométrica en el que se agrupan estos tejidos epiteliales el equipo de Escudero realiza diferentes predicciones que, finalmente, se confirman con células reales.

Las predicciones realizadas con modelos reales de células epiteliales confirman que la nueva forma geométrica es correcta | imagen US et al.

Las aplicaciones de este nuevo descubrimiento son muy amplias, pero destacan claramente dos de ellas. En primer lugar, diagnóstico precoz de enfermedades. “Si tienes un tejido que no se ajusta al modelo celular, algo raro está pasando ahí. Si tomas una muestra de las células epiteliales de una persona y su estructura no se asemeja al modelo establecido, es posible que ese paciente esté empezando a desarrollar algún tipo de enfermedad o tumor en esos tejidos”, explica Márquez.

Otra aplicación interesante afecta al desarrollo de órganos artificiales en un futuro, cada vez más cercano. Si algún día queremos conseguir órganos artificiales que sean verdaderamente funcionales, debemos comprender a la perfección cómo se organizan las células y tejidos que los componen. Necesitamos saber cómo es la estructura y la forma en que se agrupan los componentes que forman un órgano real para poder reproducir sus funciones en uno biónico.

Referencias científicas y más información:

Pedro Gómez-Gálvez, Pablo Vicente-Munuera, Antonio Tagua, Cristina Forja, Ana M. Castro, Marta Letrán, Andrea Valencia-Expósito, Clara Grima, Marina Bermúdez-Gallardo, Óscar Serrano-Pérez-Higueras, Florencia Cavodeassi, Sol Sotillos, María D. Martín-Bermudo, Alberto Márquez, Javier Buceta & Luis M. Escudero “Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia” Nature Communicationsvolume 9, Article number: 2960 (2018) DOI:10.1038/s41467-018-05376-1