– Investigación del Instituto Milenio BNI:
Con pez cebra descubren nuevos mecanismos que ayudan a entender formación del embrión
- Movimiento de migración celular o de “arrastre”, producido por fuerzas mecánicas, permite que las células dentro del embrión se trasladen por los tejidos para dar origen a las diferentes estructuras internas del organismo.
- Anteriormente el proceso de migración celular estaba relacionado con reacciones o gradientes químicas.
- Estudios fueron realizados por un equipo liderado por los investigadores Miguel Concha y Eduardo Pulgar.
Utilizando el pez cebra como modelo de estudio, los doctores Miguel Concha y Eduardo Pulgar, del Instituto Milenio de Neurociencias Biomédica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, BNI, descubrieron un nuevo mecanismo por el cual las células del embrión migran para dar origen al primer órgano presente durante el desarrollo. Los investigadores demostraron que las células progenitoras de este órgano se mueven una larga distancia desde su lugar de origen al sitio donde se diferenciarán por mecanismos que involucran fuerzas mecánicas, siendo “arrastradas” por el movimiento de un tejido vecino.
El Dr. Miguel Concha señala que “la migración o movimiento celular es un proceso esencial en el desarrollo y el mantenimiento de los organismos. La formación de tejidos durante la etapa embrionaria necesita de movimientos celulares sincronizados en una dirección particular y hacia sitios específicos”.
“La visión más común de cómo las células se mueven a sitios específicos en el embrión es siguiendo gradientes químicos presentes en su entorno, los que de alguna forma trazan la ruta por donde esta se desplazará. Sin embargo, en nuestro trabajo demostramos que esa no es la única manera en que ella puede guiar su movimiento, ya que también pueden hacerlo por fuerzas mecánicas”, explica Eduardo Pulgar, doctor en Ciencias Biomédicas de la Universidad de Chile.
Importancia de las fuerzas mecánicas
El ser humano, como organismo, parte desde una sola célula que se forma cuando un óvulo es fecundado. A partir de ese momento se generan una serie de cambios celulares locales, los que a su vez desencadenan eventos tisulares y éstos a su vez originan nuevos patrones y formas dentro del organismo en desarrollo.
Estudios recientes de la última década demuestran que detrás de todos estos procesos no solo actúan señales bioquímicas, sino también fuerzas mecánicas que guían la diferenciación y organización de las células, definiendo las formas, estructuras y funcionalidades en el embrión.
Entonces, ¿cómo las fuerzas mecánicas participan durante el proceso de formación del embrión?
“Todas las células del embrión tienen la misma información, pero luego éstas se especializan para formar tejidos. En la medida que entendamos cómo surgen los tejidos podremos entender cuáles son las reglas de construcción de los organismos vivos. A través de nuestros trabajos con el pez cebra buscamos comprender el papel que juegan las fuerzas mecánicas durante la formación de las estructuras del embrión. Para eso necesitamos ver estos procesos directamente mediante microscopía e interrogar el sistema con intervenciones de tipo mecánica. Estas aproximaciones forman parte de una nueva disciplina que se conoce como mecanobiología”, detalla Miguel Concha.
Una disciplina emergente a nivel mundial
Miguel Concha explica que la mecanobiología es una ciencia multidisciplinar relativamente nueva que persigue entender cómo las células generan fuerzas mecánicas en su entorno y, a la vez, como las propiedades físicas del entorno guían el funcionamiento de las células en el organismo. Esto, tanto en condiciones normales, como es el caso del desarrollo embrionario, la reparación de tejidos y la homeostasis, así como en situaciones patológicas donde una alteración del ambiente mecánico puede dar origen a una enfermedad.
Dentro de esta última categoría se encuentra el cáncer y la fibrosis, dos patologías donde la mecanobiología tiene el potencial de abrir un nuevo repertorio posible de alternativas terapéuticas.
A nivel global la mecanobiología es un área que está creciendo en forma acelerada, especialmente en EEUU y Europa. “Sin embargo, Latinoamérica se está quedando atrás, porque casi no existen grupos de investigación en esta área en la región y Chile no es la excepción”, enfatiza el investigador de BNI.
En este contexto, el grupo de investigación liderado por Miguel Concha es pionero en el desarrollo del área de mecanobiología en el país.
El órgano de la lateralidad
En el pez cebra existe una estructura embrionaria transitoria, denominada órgano de lateralidad. Los investigadores de BNI querían estudiar cómo se formaba este órgano, y para ello decidieron abordar su estudio desde el punto de vista de la migración de las células que lo conforman.
Eduardo Pulgar comenta que “en términos generales el órgano de lateralidad está encargado de indicarle al embrión cuál será su lado izquierdo y su lado derecho. Esto significa que es responsable que el hígado esté posicionado en cierta ubicación, lo mismo con otras partes del cuerpo como por ejemplo el estómago y el páncreas”.
Agrega que “el embrión es simétrico estructuralmente, pero en términos funcionales, por ejemplo, en la expresión génica es asimétrico. En el lado izquierdo se activan genes que no se activan en el lado derecho. El órgano de lateralidad se encarga de eso, de generar esa asimetría genética”.
El trabajo reciente de los doctores Miguel Concha y Eduardo Pulgar muestra que para que este órgano se diferencie y ejerza su función, necesita de fuerzas mecánicas que arrastren las células progenitoras a su destino final. Si esto no ocurre el órgano no se forma o lo hace de manera defectuosa, generando defectos de asimetría corporal.
Características del pez cebra
Desde el Laboratorio de Estudios Ontogénicos (LEO) de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, Miguel Concha se ha especializado en estudiar los mecanismos genéticos y morfogenéticos responsables de generar forma, estructura y organización funcional durante el desarrollo ontogénico. Para ello utiliza el pez cebra.
El “Danio rerio” o pez cebra, es una especie que mide aproximadamente 5 centímetros de largo y está cubierto por bandas de dos colores, que hacen que su apariencia sea similar a una cebra. Como sus embriones se desarrollan fuera de la madre favorece estudios genéticos y el proceso de experimentación.
Además, es transparente, característica que permite observar fácilmente -a través de la microscopía- el desarrollo embrionario a través de experimentos in vivo y la formación de órganos, convirtiéndolo en un excelente modelo de investigación en el área biomédica. Esta gran ventaja fue aprovechada por Miguel Concha y Eduardo Pulgar para lograr los descubrimientos de su reciente estudio. (Por: María Mercedes Barraza C. Agencia: Inés Llambías Comunicaciones)
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