miércoles, 23 mayo, 2018 11:36 pm
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El desarrollo de los órganos depende de la presión ejercida por los fluídos | Noticias

La presión que ejercen los fluidos sobre los pulmones provoca modificaciones en el ritmo de maduración del órgano. El conocimiento detallado de este mecanismo podría llevar al desarrollo de estrategias para tratar trastornos del desarrollo del pulmón, así como enfermedades que aparecen más tarde. [iStock/ alex-mit]

Es conocido el papel clave que tiene la cooperación entre tejidos de diferente tipo en la formación de estructuras funcionales de los órganos, como los pliegues del cerebro o las cavidades del corazón. Un estudio realizado por un equipo de la Universidad de Princeton ha explorado la influencia de la presión que ejercen los fluidos sobre los tejidos pulmonares en la morfogénesis de las vías respiratorias del ratón.

Así pues, la presión coordina la contracción del músculo liso que rodea las vías respiratorias y estimula la generación de nuevas ramas en los pulmones embrionarios de ratón. «En este sentido, la presión pulmonar envía una señal a los músculos que, a su vez, ajustan el ritmo de crecimiento del pulmón», explica Celeste Nelson, ingeniera química y biológica de Princeton y primera autora del artículo publicado en Development, donde se describen los resultados del trabajo.

El estudio refuerza un nuevo paradigma en biología según el cual no solo los genes son los encargados del desarrollo de células y tejidos, sino también las fuerzas físicas. De acuerdo con esta idea, Nelson asegura que los genes proporcionan unas instrucciones para el desarrollo de tejidos y células, pero «estas estructuras biológicas deben obedecer además las leyes de la física».

Simulación del desarrollo del pulmón

El equipo de la Universidad de Princeton lo comprobó en un experimento en el que reprodujo el desarrollo de un pulmón de ratón embrionario al que se le aplicaba distintas presiones.

Crearon un dispositivo microfluídico que simulaba la cavidad torácica y que consistía en dos recipientes de silicona y vidrio en los que se podía bombear líquido a través de pequeños tubos de goma. De esta manera, podían controlar la presión que ejercía el líquido en las dos partes del montaje. Estos compartimentos, situados uno encima del otro, estaban aislados entre sí, con la excepción de un catéter de vidrio que posibilitaba el paso del líquido. El pulmón de ratón embrionario se ancló al final del extremo inferior de dicho catéter, de tal forma que el interior del órgano (donde se da el intercambio de gases durante la respiración) y el recipiente superior quedaban conectados. Esta configuración buscaba recrear lo que sucede durante la gestación del embrión de ratón, en la que el pulmón siente diferentes presiones (interior y exterior) según la cantidad de fluido que hay dentro y fuera de este.

En los experimentos se observó que las contracciones y el crecimiento del músculo liso que envuelve las vías respiratorias se aceleraban a medida que la presión aumentaba. El mismo grupo había señalado en anteriores publicaciones que dicho crecimiento provocaba la aparición de nuevas ramificaciones. Del mismo modo, cuando la presión se reducía, la tasa de contracciones se atenuaba y la formación de las ramificaciones cesaba. Por lo tanto, la diferencia entre la presión interna y la externa es el parámetro que controla el ritmo de desarrollo del órgano, tal como apunta Mei-Fong Pang, también de la Universidad de Princeton y coautora del artículo.

Los investigadores confirmaron las observaciones revisando los niveles de expresión génica, puesto que los genes determinan el ritmo de maduración del pulmón. Los datos mostraron que las contracciones musculares incrementaban la activación de estos genes y aceleraban el correcto desarrollo del órgano.

Sorprendentemente, la formación de ramificaciones a lo largo de todo el pulmón sucedió de forma sincronizada. Las contracciones de larga duración precedían la ramificación, lo que sugirió que la compresión practicada sobre los músculos durante un período prolongado de tiempo seguida de pequeñas pausas, y guiada por niveles de presión adecuados, mantiene el crecimiento del pulmón por el buen camino. Así pues, resulta clave considerar la influencia de las fuerzas mecánicas en el desarrollo de los órganos. Tal conocimiento podría llevar al desarrollo de nuevos procedimientos médicos, ya sean preventivos o terapéuticos.

Según Nelson, «si conseguimos entender cómo algo tan simple como la presión que ejercen los fluidos puede acelerar el desarrollo de los diferentes órganos, podríamos plantear estrategias más sofisticadas para tratar trastornos del desarrollo o diseñar tejidos funcionales». Se espera que las estrategias ayuden no solo en los trastornos fetales, sino también en las enfermedades que se pueden manifestar más tarde, como el asma.

Fuente: Universidad de Princeton

Referencia: «Microfluidic chest cavities reveal that transmural pressure controls the rate of lung development». Celeste M. Nelson et al. en Development, vol. 144, págs. 4328-4335, 1 de diciembre de 2017.

 


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