Así como los ladrillos son la base de la construcción de una casa, las células epiteliales son los bloques que constituyen los epitelios en los diferentes organismos. El empaquetamiento de las células epiteliales ha sido un tema de estudio por mucho tiempo (y aún lo es), abarcando preguntas de distinta índole. Por ejemplo, una de las cuestiones más analizadas es la forma que adoptan las células en los epitelios, hasta la fecha se aceptaba que los epitelios se «construían» empaquetando células con forma de prismas o pirámides truncadas, como se muestran en la figura 1.

 

Figura 1: Formas geométricas que adoptan las células epiteliales, Prisma y Pirámide truncada. Gómez-Gálvez, P. et al. 2018.

                                                                                                   

Investigadores (y curiosos) han definido una nueva forma geométrica adquirida por las células epiteliales, ¿Cómo lo descubrieron?, ¿Qué observaron?, ¿Donde?. Bien, vamos de a poco.  El científico Luis Escudero, del Departamento de Biología Celular de la Universidad de Sevilla junto a sus colaboradores realizaron un trabajo de morfogénesis (proceso biológico que permite que un organismo vivo desarrolle su forma) buscando justamente una respuesta a como se empaquetan tridimensionalmente las células epiteliales. Su modelo de estudio fue las glándulas salivales de la mosca de la fruta, concluyeron que las células epiteliales en estas glándulas no podrían adoptar una forma de prisma o pirámide truncada.

Entonces, comenzó la gran aventura de decidir y describir que forma geométrica es la que adoptaban las células epiteliales para dar forma a los órganos. A continuación nos sumergiremos un poco en la matemática, pero a no asustarse!!!. Aquí entra en escena una estructura matemática conocida como diagramas de Voronoi, para entender este concepto matemático, podemos plantear el siguiente ejemplo: Piensen que tienen en un plano, en una hoja de papel, por ejemplo, un conjunto de puntos dibujados. Bien, el diagrama de Voronoi de ese conjunto de puntos es una división del papel (del plano) en regiones de manera que a cada punto se le asigna la región del papel cuyos puntos están más cerca de él que de ningún otro (Figura 2). Como el concepto detrás de los diagramas de Voronoi es la cercanía, es muy fácil encontrar estos diagramas en la naturaleza.

 

Figura 2: Diagrama de Voroni.

                                                                           

Era lógico, en ese entonces pensar que las células planas (en dos dimensiones) se agrupaban o acomodaban siguiendo los diagramas de Voronoi. Pero ¿Qué pasa si vamos a 3D? En este caso, hacia falta describir el diagrama de Voroni en 3D, una estructura que no se parece en nada a la organización que vemos en los tejidos epiteliales. Los tejidos epiteliales, son como una monocapa de células delimitada por dos superficies paralelas (denominadas superficies/caras basal y apical) y de tal forma que las mismas células que aparecen en la basal se ven en la apical.

Como mencionamos anteriormente,  hasta el momento, las células  epiteliales se representaban como prismas con una base en la superficie basal y otra en la apical. Pero ese modelo no se correspondía con la organización de las células cuando se las miraba al microscopio, en donde observaron que existían  células (parecidas a celdas de Voronoi ) que son vecinas, por ejemplo en la capa apical y  que dejaban de serlo en la capa basal (Figura 3). Si las células fuesen prismas o pirámides truncadas esto seria imposible.

 

Figura 3: Intercalaciones apico-basal de células en epitelios curvos. Gómez-Gálvez, P. et al. 2018.

 

Entonces se tuvo que pensar en un nueva forma geométrica que modele bien las células de los tejidos epiteliales, que se pueda plegar y adoptar distintas curvaturas, cuya forma corresponda a un modelo de equilibrio de fuerzas y que vaya desde la superficie basal hasta la apical, pero sin tener que tener los mismos contactos en ambas superficies. La solución a todo ello es el escutoide.(Figura 4).

En una descripción simple podemos decir que un escutoide es un sólido geométrico entre dos capas paralelas (la basal y la apical) de tal forma que la intersección de cada una de las dos capas son polígonos. Los vértices de estos dos polígonos están unidos por una curva o por una conexión en forma de Y. Las caras de los escutoides no son necesariamente convexas, pueden tener huecos hacía dentro, por lo que varios escutoides pueden empaquetarse para llenar todo el espacio entre las dos superficies paralelas.

 

Figura 4: Representación de dos escutoides adyacentes.

 

En ciencia se dice que cada respuesta trae nuevas preguntas, en este caso seria ¿Por que la naturaleza» ha preferido» a los escutoides?. Esta pregunta también se las plantearon los investigadores y analizan que la forma del escutoide es consistente con las fuerzas involucradas y se alcanza con ella una posición de equilibrio. Dicho de otra forma, esta estructura, el escutoide, es más favorable para el tejido desde el punto de vista energético y facilita adoptar formas muy diferentes, que es lo necesario para que se establezcan bien los órganos y funcionen correctamente. Esta estructura ha sido encontrada y verificada en algunos modelos básicos de biología celular (las glándulas salivales de la mosca de la fruta, sus huevos y en células de pez cebra).

Finalmente, podemos sacar provecho de este nuevo conocimiento y ver sus implicancias. Conocer con este nivel de detalle la estructura de las células epiteliales puede ser fundamental para la creación de órganos con impresión 3D. Además nos permitirá identificar modelos de epitelios sanos, a partir de su geometría, que servirán como patrones para detectar un crecimiento celular anómalo. Se imaginan lo grandioso que seria esto!!!.

Hasta aquí el fabuloso mundo de los escutoides que todos llevamos dentro.

 

Referencias

1- Gómez-Gálvez, P., Vicente-Munuera, P., Tagua, A. et al. Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia. Nat Commun 9, 2960 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1

2- https://www.abc.es/ciencia/abci-descubren-nueva-forma-geometrica-naturaleza-201807300146_noticia.html

3- https://gizmodo.com/the-scutoid-is-geometrys-newest-shape-and-it-could-be-1827924643

 

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