Hígado de cristal líquido
Primer y nuevo modelo 3D realista del lóbulo hepático desde el año 1949
El modelo simplificado de tejido hepático de mamíferos que se utiliza actualmente sólo puede mostrar de forma limitada cómo se estructura y forma el tejido hepático. Casi 70 años después, los investigadores de los Institutos Max Planck de Biología Molecular Celular y Genética, así como de Física de Sistemas Complejos, junto con la Universidad Técnica de Dresde, aprovecharon los nuevos desarrollos de microscopía, el análisis de imágenes asistido por ordenador y la reconstrucción de tejidos en 3D para crear un nuevo modelo 3D realista de la organización hepática. Sorprendentemente, descubrieron que el hígado tiene una estructura organizada, similar a la de los cristales líquidos.
Reconstrucción de las principales estructuras que forman el lóbulo hepático: Venas centrales (CV) y portales (PV), redes sinusoidales (magenta) y canales biliares (verde), y hepatocitos (colores aleatorios).
© MPI-CBG/ Morales-Navarrete et al.
El hígado es el órgano metabólico más grande del cuerpo humano con una arquitectura tisular compleja. Es vital para la desintoxicación de la sangre y el metabolismo. La sangre fluye a través de los vasos sanguíneos hacia las células hepáticas, llamadas hepatocitos, que absorben y metabolizan sustancias y secretan bilis para su descarga en el intestino. ¿Cómo interactúan las células entre sí y se autoorganizan para formar un tejido funcional? Para ello, debe conocerse su estructura tridimensional. La arquitectura de los tejidos y su relación con su función son todavía poco conocidos hoy en día. Así, un equipo interdisciplinario de biólogos, físicos y matemáticos se propuso crear un nuevo modelo de hígado que fuera adecuado para explicar cómo las células forman colectivamente el tejido hepático y, por lo tanto, un órgano sano.
Un modelo estructural del lóbulo hepático fue realizado y dibujado a mano por el anatomista Hans Elias en 1949. Desde entonces, se ha avanzado muy poco. Para resolver este problema, los investigadores de Dresden reconstruyeron computacionalmente la geometría tridimensional del tejido a partir de imágenes de microscopía del tejido hepático del ratón y lo analizaron aplicando conceptos de la Física. Sorprendentemente, dada la apariencia amorfa del tejido hepático, los investigadores encontraron que los hepatocitos siguen un orden de cristal líquido, similar al de las pantallas electrónicas. Los cristales líquidos están menos estructurados que los cristales, pero están más organizados que las moléculas de un líquido.
Comunicación entre los vasos sanguíneos y las células hepáticas
Hernán Morales-Navarrete, investigador postdoctoral en el laboratorio de Marino Zerial del Instituto Max Planck de Biología Molecular Celular y Genética, explica: "Nuestros resultados sugieren que las células hepáticas y los sinusoides, que son los vasos sanguíneos más pequeños del cuerpo, se comunican entre sí en ambas direcciones: Los vasos sanguíneos instruyen a los hepatocitos y los hepatocitos envían señales a los vasos sanguíneos para establecer y preservar el orden de los cristales líquidos. Esta comunicación bidireccional es una parte central de la autoorganización del tejido hepático". Una arquitectura de este tipo confiere a los tejidos una función y una robustez frente a los daños locales.
Marino Zerial, quien también está afiliado con el Centro de Biología de Sistemas de Dresde, resume: "Descubrimos nuevos principios de diseño de la organización del tejido hepático. Sólo si entendemos cómo se forma el tejido hepático para crear un órgano funcional, podremos entender mejor las anormalidades y las disfunciones en los seres humanos. Además, nuestro estudio proporciona un marco general, más allá del tejido hepático, para aclarar las reglas de cómo las células interactúan entre sí y se ensamblan en los tejidos".
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Publicación original
Hernán Morales-Navarrete, Hidenori Nonaka, Andre Scholich, Fabián Segovia-Miranda, Walter de Back, Kirstin Meyer, Roman L Bogorad, Victor Koteliansky, Lutz Brusch, Yannis Kalaidzidis, Frank Jülicher, Benjamin M Friedrich, Marino Zerial; "Liquid-crystal organization of liver tissue"; eLife; 17. June, 2019.
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