L’art de modelar un teixit viu

Quan pensem en el cos humà, tendim a imaginar una anatomia gairebé immutable, un conjunt d’òrgans amb una forma fixa, situats en un lloc concret: un cor central, dos pulmons al davant i, una mica més avall, l’estómac, el fetge, el pàncrees… Però cap d’aquests òrgans ha estat sempre allà, ni ha tingut sempre aquesta forma.

Durant el desenvolupament embrionari, un petit grup de cèl·lules s’organitzen, es multipliquen, es comuniquen entre elles i exerceixen forces que donen forma als teixits i als òrgans. El grup de l’investigador ICREA Xavier Trepat, a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), juntament amb investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) i del Centre Internacional de Mètodes Numèrics a l’Enginyeria (CIMNE), està aprenent a controlar aquestes forces i programar la forma d’un teixit al laboratori. Com ho fan? I per què és important dissenyar la forma d’un teixit viu?

Us expliquem les claus del nou estudi de l’equip de Trepat, amb Pau Guillamat (IBEC) com a primer autor, i codirigit per l’investigador Marino Arroyo (UPC i CIMNE).

Cèl·lules i tensions: com es modela un teixit viu

Com ens suggereix la pròpia etimologia, un teixit viu es pot imaginar com una peça tèxtil: milions de puntades enllaçades en una mateixa direcció que formen una gran superfície. En aquest cas, però, cada puntada és una cèl·lula, i totes s’alineen seguint una orientació comuna, un ordre que els experts anomenen ordre nemàtic.

Aquest ordre, però, pot trencar-se. Hi ha punts del teixit on les cèl·lules perden l’alineació i generen tensions que poden provocar un canvi de forma. Seguint l’analogia tèxtil, serien com les arrugues o els plecs d’una camisa. Si l’estirem, l’arruga desapareix; però quan la deixem anar, aquests punts de tensió tornen a actuar i els plecs reapareixen.

Els investigadors han reproduït aquest comportament al laboratori, amb teixit viu. Dibuixant patrons d’unes proteïnes a les quals les cèl·lules s’adhereixen, van poder fer creixer teixits de manera controlada , amb les seves cèl·lules orientades en direccions concretes. Allà on aquestes direccions xoquen, l’ordre es trenca i apareix un punt de tensió.

“Mentre el teixit continuava adherit, la superfície el mantenia en el pla; però quan el vam desenganxar, les tensions van quedar lliures i es va plegar tot sol fins a formar una estructura en 3D”, explica Trepat. “Aleshores, la pregunta era inevitable: i si poguéssim predir quina forma adoptarà?”

Com podem predir la forma final del teixit?

Si col·loquem dos punts de tensió, per exemple, el teixit viu es plega fins a adoptar la forma d’una pilota. Però si n’hi posem tres, el resultat és ben diferent: adopta una forma que recorda a una rosa. Hi ha milions de resultats possibles, i anar-los provant un a un al laboratori implicaria molts recursos i moltes generacions de recercaires. Per això, els investigadors van recórrer a les simulacions.

L’equip va desenvolupar models teòrics i simulacions que permeten anticipar com un patró concret d’orientacions cel·lulars acaba adoptant una forma tridimensional específica.

“Estem demostrant que podem dissenyar la forma que adoptarà un teixit viu controlant únicament com s’orienten les seves cèl·lules”, afegeix Trepat.

La rellevància del “disseny” de teixits

Fa més de dos segles, els humans vam ser capaços de programar els telers perquè fabriquessin teixits de roba amb diferents patrons i formes, i això va obrir un món de possibilitats. De la mateix manera, les possibilitats que ofereix modelar la forma dels teixits vius poden ser enormes.

“Encara és una prova de concepte, però aquesta tècnica podria ajudar a crear estructures tridimensionals, com teixits o òrgans, sense necessitat de bastides artificials. També podria servir per a la robòtica biohíbrida, que podria fer servir teixits vius deformables com a actuadors biològics, és a dir, com a “músculs” que mouen un robot. I, més endavant, per dissenyar materials vius intel·ligents: superfícies vives capaces de reaccionar a l’entorn i reconfigurar la seva forma”, explica l’investigador.

Com hem vist, un teixit no és estàtic. Les cèl·lules es poden moure, generar forces i orientar-se d’una manera determinada, i això condiciona el comportament d’un teixit o fins i tot el desenvolupament del nostre organisme. Aprendre a programar aquestes forces al laboratori ens permet dissenyar teixits amb noves formes, i és essencial per entendre millor com es formen i com es comporten dins del cos.