Aunque el cuerpo humano es externamente simétrico a lo largo del eje izquierda-derecha, existen notables asimetrías izquierda-derecha en la forma, el tamaño y la posición de muchos órganos internos, incluidos el corazón, los pulmones, el hígado, el estómago y el cerebro. Estas asimetrías pueden variar de benignas a graves, causando diversas condiciones que afectan múltiples órganos.
Los científicos han descubierto cómo los cilios, diminutas proyecciones en forma de látigo en la superficie de las células, ayudan a dar forma al plan corporal izquierdo-derecho del organismo en desarrollo. Crédito de la imagen: Shiaulou Yuan Lab, Mass General
Los biólogos del desarrollo han estado fascinados durante mucho tiempo por cómo surge esta asimetría en primer lugar.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la asimetría izquierda-derecha ocurre durante el desarrollo embrionario temprano, impulsada por una estructura llamada organizador izquierda-derecha, compuesta por un pequeño grupo de células. Dentro del «organizador», los cilios móviles, estructuras parecidas a cabellos en la superficie de las células, baten rápidamente para crear un flujo de líquido extracelular direccional hacia la izquierda como el primer signo externo de una diferencia izquierda-derecha.
Y aunque la investigación ha demostrado que este flujo temprano es fundamental para distinguir la derecha de la izquierda, se desconoce cómo se detecta este flujo y se traduce en asimetría izquierda-derecha.
Ahora, un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard en el Hospital General de Massachusetts responde a esta pregunta.
Los hallazgos del equipo revelan que los cilios, como creadores del flujo, también actúan como sensores de las fuerzas biomecánicas ejercidas por el flujo para dar forma al plano corporal izquierdo-derecho del embrión en desarrollo.
Los hallazgos se publican en la revista Ciencia.
“Casi 25 años de trabajo de numerosos grupos han demostrado que los cilios y el flujo en el organizador son absolutamente esenciales para establecer la asimetría entre la izquierda y la derecha del cuerpo”, dijo Yuan Shiaulouprofesor asistente de medicina en HMS, autor principal del estudio e investigador en el Centro de Investigaciones Cardiovasculares en Misa General. “Pero no hemos tenido las herramientas o técnicas adecuadas para estudiar cómo funciona todo esto definitivamente”.
Para su trabajo, los investigadores utilizaron el pez cebra como modelo para el desarrollo de izquierda a derecha y emplearon un nuevo conjunto de herramientas ópticas que consiste en microscopía personalizada y análisis de aprendizaje automático.
Desplegaron una herramienta novedosa llamada pinzas ópticas, un método que utiliza la luz para sujetar y mover objetos microscópicos de forma similar a un rayo tractor. Esto permitió la entrega precisa de fuerza mecánica sobre los cilios en un animal vivo intacto por primera vez.
Utilizando estas herramientas, los investigadores descubrieron que los cilios son mecanosensoriales de la superficie celular que son importantes para la asimetría izquierda-derecha del cuerpo en desarrollo y órganos como el corazón.
Mediante el uso de pinzas ópticas para aplicar fuerza mecánica sobre los cilios en el organizador izquierdo-derecho del pez cebra, el equipo demostró que un subconjunto de cilios organizadores detecta y traduce las fuerzas de flujo en señales de calcio que controlan el desarrollo izquierdo-derecho en el pez cebra.
Los defectos en la asimetría izquierda-derecha están asociados con una variedad de trastornos humanos, que incluyen síndrome de heterotaxia, una condición marcada por un posicionamiento anormal y defectos estructurales de varios órganos; discinesia ciliar primaria, una condición caracterizada por infecciones respiratorias recurrentes y varias formas de enfermedad cardíaca congénita.
«El conocimiento obtenido de este estudio no solo mejora nuestra comprensión de los procesos celulares fundamentales que gobiernan el desarrollo del cuerpo humano», dijo Yuan, «también puede abrir nuevas vías para el desarrollo de diagnósticos novedosos de estos trastornos».
Agregó que este trabajo puede allanar el camino para terapias dirigidas sobre la señalización de los cilios y la mecanodetección para mejorar los resultados.
Yuan y sus colegas continúan investigando los mecanismos moleculares que rigen la detección de fuerza de los cilios. También continúan desarrollando nuevas estrategias para visualizar y manipular la señalización de los cilios, con el objetivo a largo plazo de desarrollar herramientas novedosas para tratar los trastornos asociados a los cilios.
«Estos resultados, y las herramientas que los hicieron posibles, han brindado una nueva ventana a los patrones de desarrollo del embrión y también han abierto la caja de Pandora», dijo Scott Fraser, profesor rector de biología y bioingeniería en la Universidad del Sur de California y coautor de este estudio. «Nos recuerda que tenemos mucho más que aprender sobre cómo la señalización de los cilios y la mecanobiología afectan el desarrollo y la enfermedad».
Fuente: HMS
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