El agua constituye alrededor del 60 por ciento del cuerpo humano. Más de la mitad de esta agua se estrella dentro de las células que componen órganos y tejidos. Gran parte del agua restante fluye en los rincones y grietas entre las células, al igual que el agua de mar entre los granos de arena.
Ahora, los ingenieros del MIT han descubierto que este fluido “intercelular” juega un papel importante en la forma en que los tejidos responden cuando se exprimen, presionan o se deforman físicamente. Sus hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender cómo las células, los tejidos y los órganos se adaptan físicamente a afecciones como el envejecimiento, el cáncer, la diabetes y ciertas enfermedades neuromusculares.
En un artículo que aparece hoy en Física de la naturalezalos investigadores muestran que cuando un tejido se presiona o exprime, es más compatible y se relaja más rápidamente cuando el líquido entre sus células fluye fácilmente. Cuando las células se empacan juntas y hay menos espacio para el flujo intercelular, el tejido en su conjunto es más rígido y se resiste a ser presionado o exprimido.
Los hallazgos desafían la sabiduría convencional, que ha asumido que el cumplimiento de un tejido depende principalmente de lo que hay dentro, en lugar de alrededor, una célula. Ahora que los investigadores han demostrado que el flujo intercelular determina cómo los tejidos se adaptarán a las fuerzas físicas, los resultados se pueden aplicar para comprender una amplia gama de afecciones fisiológicas, incluida la forma en que los músculos resisten el ejercicio y se recuperan de lesiones, y cómo la adaptabilidad física de un tejido puede afectar la progresión del envejecimiento, el cáncer y otras afecciones médicas.
El equipo imagina que los resultados también podrían informar el diseño de tejidos y órganos artificiales. Por ejemplo, en el tejido artificial de la ingeniería, los científicos pueden optimizar el flujo intercelular dentro del tejido para mejorar su función o resiliencia. Los investigadores sospechan que el flujo intercelular también podría ser una ruta para administrar nutrientes o terapias, ya sea para curar un tejido o erradicar un tumor.
“La gente sabe que hay mucho líquido entre las células en los tejidos, pero lo importante que es, en particular en la deformación del tejido, se ignora por completo”, dice Ming Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. “Ahora demostramos que podemos observar este flujo. Y a medida que el tejido se deforma, el flujo entre las células domina el comportamiento. Entonces, prestemos atención a esto cuando estudiamos enfermedades e ingeniería de tejidos”.
Guo es coautor del nuevo estudio, que incluye al autor principal y fanático del MIT Postdoc Liu PhD ’24, junto con Bo Gao y Hui Li de Beijing Normal University, y Liran Lei y Shuainan Liu de Peking Union Medical College.
Presionado y apretado
Los tejidos y órganos en nuestro cuerpo están constantemente sufriendo deformaciones físicas, desde el gran estiramiento y la tensión de los músculos durante el movimiento hasta las contracciones pequeñas y constantes del corazón. En algunos casos, la facilidad con la que los tejidos se adaptan a la deformación pueden relacionarse con la rapidez con que una persona puede recuperarse de, por ejemplo, una reacción alérgica, una lesión deportiva o una carrera cerebral. Sin embargo, exactamente lo que establece la respuesta de un tejido a la deformación es en gran medida desconocida.
Guo y su grupo en el MIT analizaron la mecánica de la deformación tisular, y el papel del flujo intercelular en particular, después de un estudio que publicaron en 2020. En ese estudio, se centraron en los tumores y observaron la forma en que el líquido puede fluir desde el centro de un tumor hasta sus bordes, a través de las grietas y las grietas entre las células tumorales individuales. Descubrieron que cuando un tumor fue exprimido o presionado, el flujo intercelular aumentó, actuando como una cinta transportadora para transportar fluido desde el centro a los bordes. Encontraron que el flujo intercelular podría alimentar la invasión tumoral en las regiones circundantes.
En su nuevo estudio, el equipo buscó ver qué papel podría desempeñar este flujo intercelular en otros tejidos no cancerosos.
“Si permite que el fluido fluya entre células o no parece tener un impacto importante “, dice Guo.” Entonces decidimos mirar más allá de los tumores para ver cómo este flujo influye en cómo responden otros tejidos a la deformación “.
Un panqueque fluido
Guo, Liu y sus colegas estudiaron el flujo intercelular en una variedad de tejidos biológicos, incluidas las células derivadas del tejido pancreático. Llevaron a cabo experimentos en los que cultivaron por primera vez pequeños grupos de tejido, cada uno midió menos de un cuarto de milímetro de ancho y numerando decenas de miles de células individuales. Colocaron cada clúster de tejido en una plataforma de prueba diseñada a medida que el equipo construyó específicamente para el estudio.
“Estas muestras de microtismos están en esta zona dulce donde son demasiado grandes para ver con técnicas de microscopía de fuerza atómica y demasiado pequeños para dispositivos más voluminales”, dice Guo. “Entonces, decidimos construir un dispositivo”.
Los investigadores adaptaron una microbalanza de alta precisión que mide los cambios minuciosos de peso. Lo combinaron con un motor de paso diseñado para presionar una muestra con precisión nanométrica. El equipo colocó a los grupos de tejidos uno a la vez en el equilibrio y registró el peso cambiante de cada grupo, ya que se relajó de una esfera en la forma de un panqueque en respuesta a la compresión. El equipo también tomó videos de los clústeres cuando fueron exprimidos.
Para cada tipo de tejido, el equipo hizo grupos de diferentes tamaños. Razonaron que si la respuesta del tejido está gobernada por el flujo entre las células, entonces cuanto más grande sea un tejido, más tiempo debe tardar el agua y, por lo tanto, cuanto más tiempo deba tomar el tejido para relajarse. Debe tomar la misma cantidad de tiempo, independientemente del tamaño, si la respuesta de un tejido está determinada por la estructura del tejido en lugar del líquido.
Durante múltiples experimentos con una variedad de tipos y tamaños de tejido, el equipo observó una tendencia similar: cuanto más grande sea el grupo, más tiempo tardó en relajarse, lo que indica que el flujo intercelular domina la respuesta de un tejido a la deformación.
“Mostramos que este flujo intercelular es un componente crucial a considerar en la comprensión fundamental de la mecánica de tejidos y también las aplicaciones en los sistemas de vida de ingeniería”, dice Liu.
En el futuro, el equipo planea analizar cómo el flujo intercelular influye en la función cerebral, particularmente en trastornos como la enfermedad de Alzheimer.
“El flujo intercelular o intersticial puede ayudarlo a eliminar los desechos y entregar nutrientes al cerebro”, agrega Liu. “Mejorar este flujo en algunos casos podría ser algo bueno”.
“Como muestra este trabajo, a medida que aplicamos presión a un tejido, fluirá el líquido”, dice Guo. “En el futuro, podemos pensar en diseñar formas de masajear un tejido para permitir que los líquidos transporten nutrientes entre las células”.
