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Escutoide, la nueva forma geométrica de la naturaleza

El hallazgo ha implicado a biólogos, informáticos, matemáticos, físicos... e incluso ha despertado el interés de los lingüistas porque ha obligado a inventar una nueva palabra: ESCUTOIDE.

Fernanda Insua | Redacción Alpinismonline Viernes 10 de Agosto de 2018 - 17:07 1134 | 0




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Imagen de portada: Modelo. En los epitelios, las células pueden empaquetarse de forma tridimensional como escutoides facilitando la curvatura de los tejidos. Esto es fundamental para moldear los órganos durante el desarrollo (www.elpais.es).


Un escutoide es un sólido geométrico entre dos superficies paralelas. El límite de cada una de las superficies (y de todas las demás superficies paralelas entre ellas) es un polígono  y los vértices de los dos polígonos extremos están unidos por una curva o una conexión con forma de Y. Los escutoides presentan al menos un vértice entre estos dos planos y sus caras no son necesariamente convexas por lo que varios de ellos puede empaquetarse juntos para llenar todo el espacio entre las dos superficies paralelas.




Recreación gráfica de escutoides (www.elmundo.es)

El epitelio: el modelo

Las células epiteliales son piezas básicas en la construcción del cuerpo humano. Suponen el elemento clave para entender cómo a partir de un diminuto embrión los tejidos de nuestro cuerpo se van extendiendo en tres dimensiones hasta modelar la piel, los vasos sanguíneos y los órganos.

A todo este proceso que permite que un organismo vivo tome forma se le conoce como morfogénesis. En las superficies totalmente planas es fácil imaginar cómo las células se agrupan de manera más o menos regular pero la naturaleza ofrece muy pocas áreas así, de manera que durante estas fases de desarrollo, las células epiteliales deben adaptarse también a espacios curvos, irregulares y flexibles.

Hasta ahora los científicos habían asumido que estas unidades celulares podían adoptar la forma de columnas, pirámides o prismas de diferentes tamaños para agruparse y formar los materiales que necesita el cuerpo. Pero un grupo de científicos españoles ha descubierto además que la naturaleza es más compleja y más eficiente; estas células pueden adoptar también una forma geométrica desconocida hasta ahora a la que han llamado escutoide, que aparece descrita en un artículo en la revista Nature Communications.




Los escutoides en la naturaleza. Press Reader

"Nuestro grupo de investigación trata de entender cómo se forman los seres vivos, cómo a partir de un zigoto se establece un organismo completo con todos sus órganos funcionales", explica Luis María Escudero, investigador del departamento de Biología Celular de la Universidad de Sevilla y coautor del artículo. "Éste es un proceso muy bien regulado que se basa en que las células se van multiplicando de una forma muy ordenada, siempre la misma".

Y en este caso, el camino hacia la comprensión pasa por la Geometría. Así que, para comprender el proceso, los investigadores construyeron un modelo computerizado con la ayuda de Clara Grima y Alberto Márquez, matemáticos del mismo centro sevillano. "El modelo es fruto de un diálogo continuo con los biólogos", señala Márquez. "Ellos nos decían las propiedades que tenía que tener y nosotros proponíamos un objeto para comprobar qué propiedades podía cumplir y si éstas se daban en la naturaleza. Así fuimos ajustándolo hasta obtener uno que cumplía con todos los requisitos que se habían observado".

Finalmente, la solución que propuso el modelo es que la organización más eficiente pasaría por una nueva forma similar a un prisma alargado con cinco caras, una de las cuales parecería cortada en diagonal en uno de sus extremos. Esta nueva figura fue bautizada como escutoide (oficialmente porque se parece al tórax o scutum de algunos escarabajos; oficiosamente por el apellido de uno de sus descubridores).

Colocados en posición alterna unos sobre otros, los escutoides permiten ocupar superficies curvas. Además, según explican los científicos, sus caras pueden ser cóncavas o convexas, por lo que los escutoides pueden agruparse para llenar todo el espacio entre las dos superficies. Desde un punto de vista biológico, construir y mantener capas celulares implica un gasto de energía para un organismo, por lo que la naturaleza busca la forma más eficaz posible de hacerlo reduciendo la superficie de contacto.




Modelo. En los epitelios, las células pueden empaquetarse de forma tridimensional como escutoides facilitando la curvatura de los tejidos. Esto es fundamental para moldear los órganos durante el desarrollo (www.elpais.es).

En diversidad de lugares

Una vez conocida la forma de la pieza que estaban persiguiendo, los investigadores comenzaron a buscarla en organismos vivos y descubrieron que estaban omnipresentes en la naturaleza, pese a ser desconocidas. "La gran mayoría de los estudios anteriores de este tipo se habían realizado con análisis en dos dimensiones que pasan por alto la estructura que hemos descrito", explica Escudero, "y los estudios en 3D no eran tan detallados como el nuestro porque buscábamos algo concreto, predicho por el modelo". Así hallaron esta forma en el tejido vivo de un pez cebra y en las glándulas salivales de las moscas de la fruta. Sostienen además que los escutoides se encuentran en todo tipo de organismos, tanto en células maduras como en desarrollo. De hecho, es posible que la vida compleja en la Tierra no hubiera podido haber surgido sin ellos.

Aunque es poco probable que el término se incorpore al vocabulario popular, junto a palabras como cúbico, esférico o piramidal, el hallazgo podría suponer grandes avances en la comprensión sobre cómo se forman los tejidos vivos. Conocer con detalle la estructura de las epiteliales puede ser además fundamental para la creación de órganos mediante impresión en 3D y para la identificación de epitelios sanos a partir de su geometría, que pueden servir como patrón para detectar un crecimiento celular anómalo.

 

Impresión 3D de órganos humanos

El descubrimiento del escutoide ayudará a comprender cómo se forman los órganos durante el desarrollo y qué puede fallar en algunas enfermedades en las que este proceso está alterado. Incluso se podrán perfeccionar técnicas de creación de tejidos y órganos artificiales en el laboratorio, un gran reto para la biología y la medicina. «Pensamos que la aplicación más inmediata está en el campo de la ingeniería de tejidos y órganos. Ayudará a hacer este proceso de una manera más eficiente al imitar a la naturaleza», asegura Javier Buceta, coautor e investigador de la Universidad de Lehigh, en EEUU.

Fuentes: Nature Communications - www.elmundo.es



Nota principal: http://www.alpinismonline.com/mz-notas.asp?id=11095
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