En 2018, los científicos tropezaron con un descubrimiento revolucionario: una forma previamente desconocida llamada escutoides. Estas formas peculiares se encontraron en células epiteliales y desempeñan un papel crucial en el empaquetamiento celular cuando está curvado.
“¿Es un cuadrado? ¿Es un hexágono? ¿Es un prisma? ¡No, es un escutoide!”
Los escutoides han causado sensación en el mundo científico. En un artículo de investigación publicado el 27 de julio de 2018 en la revista Nature, investigadores de la Universidad de Sevilla en España y de la Universidad de Lehigh en Estados Unidos revelaron sus sorprendentes hallazgos sobre esta nueva forma geométrica adoptada por las células epiteliales.
¿Qué es exactamente un escutoide?
Los escutoides se asemejan a una fusión entre un cilindro y un prisma, como si un ninja furioso hubiera cortado una de sus esquinas. En consecuencia, una de sus caras (ya sea superior o inferior) posee un lado adicional. Según el artículo de Nature de 2018, los escutoides se definen de la siguiente manera: “Los escutoides se caracterizan por tener al menos un vértice en un plano diferente a las dos bases y presentar superficies curvadas.”
Esta nueva forma se asemeja sorprendentemente al escutelo que se encuentra en el tórax de los escarabajos de la subfamilia Cetoniidae, por lo que se le otorgó el nombre de “escutoide”.
Escutoide que se asemeja al escutelo en el tórax de ciertos escarabajos (Crédito de la foto: Pedro Gómez-Gálvez/Wikimedia Commons)
El descubrimiento de los escutoides fue motivado por la curiosidad de los investigadores sobre cómo se transforma la forma de una célula, especialmente una célula epitelial, cuando se curva. La curvatura, flexión, plegado y torsión son aspectos integrales de la vida.
Durante el desarrollo, el proceso de transformar un cigoto de una sola célula en un recién nacido con piel arrugada requiere que las células se teselen y formen las estructuras necesarias. El equipo descubrió que los escutoides hacían este juego celular de «Twister» más eficiente en términos de energía.
Sin embargo, ¿por qué era necesaria una forma nueva e inconvencional? ¿Por qué las formas existentes no eran suficientes? En términos sencillos, ¿por qué necesitábamos una nueva forma para facilitar la flexión?
Las células escutoides facilitan la flexión de tejidos
Imagina intentar crear un tubo mediante la disposición de un número fijo de columnas con tamaños y lados fijos. El tubo debe ser sin costuras, sin espacios ni agujeros. También debe ser lo suficientemente flexible como para doblarse y contorsionarse.
Si intentas hacer este tubo, pronto te darás cuenta de que no es tan fácil como parece. Curvar un objeto mientras se cumplen todos los criterios mencionados requiere mucha energía. La persona que dobla el tubo tendría que ejercer constantemente energía para mantener su forma tubular.
Las formas geométricas estándar que aprendemos en la escuela no son particularmente propicias para la flexión y el doblado. A menos que tus cilindros estén hechos de material flexible, sería imposible doblarlos. Afortunadamente, la naturaleza nos ha proporcionado bloques de construcción altamente flexibles: las células.
El equipo de investigadores emprendió una misión para abordar este problema en particular. Si bien algunos aspectos de este rompecabezas de flexión se han resuelto, los escutoides introdujeron un elemento único. El equipo trabajó y descubrió esta forma en las células más flexibles que se encuentran en la naturaleza: las células epiteliales.
Varios tipos de células epiteliales
Las formas de las células epiteliales (Crédito de la foto: logika600/ Shutterstock)
Las células epiteliales tienen la capacidad de cambiar su forma de diversas maneras, desde formas ameboides (escamosas) hasta formas parecidas a columnas (columnares) y formas cuboides (cúbicas), hasta una forma parecida a un prisma llamada tronco.
La diversidad de estas formas es el resultado de las diferentes funciones que las células epiteliales desempeñan en los organismos vivos. Una de sus funciones es cubrir los órganos. La piel, que es nuestra capa externa, consiste principalmente en capas de células epiteliales con diferentes formas. Para ser una cubierta eficaz de los órganos, las células deben ser flexibles y adaptarse a la forma del órgano.
Esto nos lleva al desafío de crear un tubo flexible (o cualquier estructura curva). Si la naturaleza estuviera limitada solo a células columnares o cúbicas, todos los organismos vivos serían planos o tendrían formas muy limitadas.
Hidrátame (Crédito de la foto: Flickr)
Sin embargo, en realidad, las células epiteliales tienen la capacidad de cambiar activamente su forma para formar tubos largos y cubrir órganos curvos. Durante el desarrollo embrionario, las células epiteliales experimentan cambios dinámicos de forma. Observando la formación de un embrión de pez cebra (agregar fuente) a través de imágenes de lapso de tiempo, podemos presenciar el movimiento sorprendente de estas células.
¿Cómo se descubrieron las células scutoides?
Los investigadores que investigan esta pregunta utilizaron un modelo computacional matemático llamado diagrama de Voronoi (comúnmente utilizado en arquitectura, geografía y epidemiología) para simular la curvatura de las células y predecir las formas más energéticamente estables en diferentes curvaturas y radios.
Sus datos predijeron la existencia de una forma scutoides. Sin embargo, para validar su relevancia biológica, necesitaban confirmar su presencia en la naturaleza.
Examinaron las células epiteliales en las glándulas salivales de las larvas de Drosophila y descubrieron formas similares. Observaron que hasta cierto radio de una estructura similar a un tubo, las células asumían una forma de tronco. A medida que el tubo se volvía más asimétrico (cambiando el radio externo mientras se mantiene constante el radio interno), las células adquirían una forma más scutoidal.
Parece que esta forma es la manera más eficiente de organizar de manera ajustada y compacta una lámina de células en una forma curva.
La forma de las células epiteliales cambia cuando están curvadas. (Crédito de la foto: Pedro Gómez-Gálvez/Wikimedia Commons)
Cuando el estudio fue publicado en julio, provocó una celebración alegre de los scutoides. La gente no podía dejar de discutir esta fascinante forma nueva y su potencial para avanzar en el estudio de la geometría celular. Esto llamó la atención de los departamentos de física de la Universidad de Aberystwyth y la Universidad de Dublín en Gales e Irlanda, respectivamente.
En septiembre de ese año, los físicos de estas universidades revelaron que los scutoides ya habían sido examinados y caracterizados en el trabajo del botánico Edward Matzke, quien estudió la forma de las burbujas en la espuma, aunque la forma no había sido nombrada formalmente.
Los propios científicos realizaron experimentos con burbujas en espuma para verificar observaciones anteriores. Produjeron burbujas de jabón entre dos placas de vidrio que estaban lo suficientemente cerca como para crear una capa única de burbujas en el medio de las placas. A través de esto, confirmaron la existencia de escutoides.
Exploración Futura de los Escutoides
Entonces, ¿por qué debería interesarle a una persona promedio una forma recién descubierta en el campo de la biología que solo discuten los biólogos?
Dado que se han encontrado escutoides no solo en moscas en desarrollo sino también durante la reorganización celular en el desarrollo, comprender cómo y por qué se forman estas formas podría llevar a avances en la comprensión de enfermedades y medicina.
Las áreas que podrían beneficiarse más de este conocimiento son la tecnología médica y la organogénesis in vitro. La construcción de órganos artificiales requiere comprender cómo nuestros arquitectos celulares construyen el órgano y qué bloques de construcción utilizan. Comprender la formación de los escutoides podría resultar en órganos artificiales más precisos.
Sin embargo, todavía estamos lejos de alcanzar ese punto. Este campo todavía está en sus etapas iniciales y hay muchas preguntas sin respuesta. Preguntas como «¿Cómo reconocen las células la necesidad de cambiar su forma? ¿Qué genes, si los hay, desempeñan un papel en este proceso? ¿Qué tipos de proteínas están involucradas?» todavía deben abordarse.
La base molecular completa de los escutoides aún está por descubrirse. Lo que podemos estar seguros es que, para crear todas las formas intrincadas que forman humanos, conejos, moscas de la fruta y todo lo demás, la geometría se adaptará a las demandas de la naturaleza y encontrará soluciones innovadoras.