Investigadores de la Universidad Northeastern han descubierto que los tejidos vivos podrían reorganizarse de manera similar a las avalanchas, un hallazgo que podría revolucionar los tratamientos para la ingeniería de tejidos, la curación de heridas e incluso el cáncer. Los físicos Max Bi y Anh Nguyen utilizaron modelos computacionales para observar que los tejidos, cuando se someten a estrés, pueden sufrir reorganizaciones repentinas y dramáticas, liberando energía que desencadena cambios adicionales en las células vecinas.
Físicos de la Universidad Northeastern, incluyendo al profesor Max Bi y al estudiante de doctorado Anh Nguyen, han hecho un descubrimiento innovador: los tejidos vivos pueden comportarse como avalanchas. Esta observación, que surge del modelado computacional y el análisis matemático, podría revolucionar nuestra comprensión de la mecánica de los tejidos y allanar el camino para tratamientos médicos innovadores.
El núcleo de su investigación radica en la identificación de comportamientos universales en sistemas aparentemente dispares. Como explica Bi, los físicos buscan constantemente estos principios unificadores. El equipo trazó un paralelismo entre los eventos en cascada de una avalancha y las respuestas mecánicas de los tejidos vivos bajo estrés. Una avalancha, desencadenada por una pequeña perturbación, puede resultar en una reacción en cadena masiva y destructiva. De manera similar, los investigadores encontraron que cuando los tejidos se someten a suficiente estrés, pueden sufrir reorganizaciones repentinas y dramáticas, similares a una avalancha.
Este hallazgo desafía la comprensión predominante de la mecánica de los tejidos. Anteriormente, la suposición era que las respuestas mecánicas en los tejidos eran en gran medida localizadas. Sin embargo, la investigación de Bi y Nguyen sugiere que la redistribución del estrés puede conducir a reorganizaciones coordinadas en regiones más grandes. Esto significa que el comportamiento mecánico de las células está interconectado. Como aclara Bi, “estas [células] en realidad están hablando mecánicamente, lo que significa que si la reorganización ocurre con cuatro células, la energía que se libera de estas cuatro células es suficiente para desencadenar que otras células se sometan a la reorganización”.
Las implicaciones de este descubrimiento son de gran alcance, particularmente en el ámbito de la ingeniería biomédica y la medicina. Una aplicación potencial es en la ingeniería de nuevos tipos de tejidos y el injerto de piel. Además, esta comprensión podría avanzar significativamente la investigación sobre la curación de heridas. Al comprender los procesos mecánicos que desencadenan estas “avalanchas de tejido”, los investigadores pueden desarrollar estrategias para iniciarlas o prevenirlas, dependiendo del resultado deseado.
El impacto potencial se extiende a la investigación del cáncer también. Bi destaca el potencial de este descubrimiento para comprender y combatir la metástasis del cáncer. Durante la metástasis, las células cancerosas se propagan por todo el cuerpo, a menudo a través de reorganizaciones descontroladas. El equipo cree que comprender los principios físicos que rigen estas reorganizaciones podría conducir a métodos para mantener las células cancerosas en su lugar y evitar que se propaguen. Como dice Bi, “Si podemos encontrar los principios físicos que mantienen estas células en su lugar, evitando que hagan reorganizaciones, avalanchas, eso puede ser un principio rector para detener el cáncer. Ese es el sueño”.
El trabajo del equipo se basa actualmente en el modelado computacional. Sin embargo, están colaborando activamente con biólogos para validar sus hallazgos a través de la observación experimental. Bi expresa una fuerte confianza en la universalidad de la dinámica de avalanchas, citando ejemplos desde terremotos hasta el flujo de materiales blandos. Afirma: “Dada la universalidad que vemos en la dinámica de avalanchas, desde terremotos hasta el flujo plástico en materiales blandos, creo firmemente que reorganizaciones colectivas similares deberían estar presentes también en los tejidos. La física no depende de si el sistema está hecho de células o arena”. Este enfoque colaborativo, que combina la física teórica con la experimentación biológica, es crucial para traducir estos conocimientos teóricos en aplicaciones prácticas.
Investigadores de Northeastern descubrieron que los tejidos vivos se reorganizan como avalanchas, impulsadas por el estrés y la comunicación mecánica celular. Este hallazgo desafía las respuestas tisulares localizadas tradicionales y promete avances en ingeniería de tejidos, curación de heridas y, posiblemente, investigación del cáncer, al comprender cómo controlar estas “avalanchas” celulares. Se está validando experimentalmente para confirmar estas observaciones, demostrando la universalidad de los principios físicos. ¿Podría este descubrimiento desbloquear nuevas estrategias para manipular el comportamiento de los tejidos y combatir enfermedades a un nivel físico fundamental?
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