Las características anormales de la cabeza y la cara se reparan a sí mismas

Un informe en la edición de mayo de la revista Dinámica del desarrollo revela que los biólogos de la Universidad de Tufts han descubierto, por primera vez, un mecanismo de "autocorrección" mediante el cual los organismos en desarrollo reconocen y reparan las anomalías faciales y de la cabeza.
Esta es la primera vez que este tipo de proceso correctivo flexible ha sido rigurosamente analizado a través de modelos matemáticos.
El estudio demuestra que los organismos en desarrollo no están genéticamente "cableados", pero que el proceso es, en cambio, más flexible y robusto. Al usar un modelo de renacuajo con un conjunto de movimientos celulares predeterminados que dan como resultado rasgos faciales normales, demostraron que los grupos celulares pueden medir su forma y posición en relación con otros órganos, así como realizar los movimientos necesarios y las funciones de remodelación en orden para compensar anormalidades importantes en los patrones.
Investigador principal, Michael Levin, Ph.D., director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en la Escuela de Artes y Ciencias de la Universidad Tufts, explicó:

"Siempre ha sido una gran pregunta, ¿cómo se combinan las formas complejas como la cara o el embrión completo? Hemos descubierto que cuando creamos defectos en la cara de manera experimental, las estructuras faciales se mueven de varias maneras y en su mayoría terminan en su correcto Esto sugiere que lo que el genoma codifica en última instancia es un conjunto de comportamientos dinámicos y flexibles mediante los cuales las células pueden realizar ajustes para construir estructuras complejas específicas. Si pudiéramos aprender cómo bioingeniería sistemas que autoensamblaran y reparasen las desviaciones de manera confiable. la forma deseada del objetivo, la medicina regenerativa, la robótica e incluso la exploración espacial se transformarían ".

Investigaciones anteriores habían descubierto mecanismos de autocorrección en otros procesos embrionarios, pero nunca en la cara. Estos mecanismos no se habían analizado matemáticamente para arrojar luz sobre la dinámica precisa del proceso correctivo.
La principal investigadora, Laura Vandenberg, Ph.D., asociada postdoctoral en el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo dijo:

"Lo que faltaba en estudios previos, y hasta donde sabemos nunca se había hecho en un modelo animal, era rastrear con precisión esos cambios a lo largo del tiempo y compararlos cuantitativamente".

Un análisis como este es vital para obtener una idea de qué información se está generando y manipulando para que una estructura compleja pueda reorganizarse y repararse a sí misma.
El equipo de biólogos hizo que un lado de los embriones fuera anormal al inyectar ARNm específico en una célula en la etapa de desarrollo de dos células, lo que indujo defectos craneofaciales en los embriones de rana Xenopus.

Luego caracterizaron los cambios de las estructuras craneofaciales en términos de su forma y posición, incluyendo mandíbulas, ojos, arcos branquiales, cápsulas óticas y fosas olfativas mediante la realización de un "análisis morfométrico geométrico" que mide la posición de 32 puntos de referencia en la parte superior e inferior de los renacuajos lados.
Al tomar imágenes de renacuajos a intervalos precisos, los investigadores observaron que las anormalidades craneofaciales (perturbaciones), en particular, en las mandíbulas y los arcos branquiales se hicieron menos aparentes a medida que los renacuajos envejecían. También notaron que el tejido ocular y de los ojos de los renacuajos se volvió más normal con el tiempo, aunque notaron varias diferencias para lograr una forma y posición completamente esperadas.
En cualquier animal bebé es una parte normal del desarrollo que las características faciales cambien en términos de su forma y posición. A medida que el animal crece, sus caras se alargan y sus ojos, nariz y mandíbulas crecen en relación entre sí, a pesar de que el movimiento es generalmente bastante marginal.
El equipo observó, sin embargo, que en los renacuajos con malformaciones graves, se producía un cambio dramático importante en las estructuras faciales para reparar esas malformaciones. Dijeron que parecía que el sistema podía detectar desviaciones del estado normal y realizar acciones correctivas que normalmente no tendrían lugar.

"Nos quedamos bastante asombrados al ver que, mucho antes de que sufrieran metamorfosis y se convirtieran en ranas, estos renacuajos tenían caras de aspecto normal. Imagínense las implicaciones de un animal con un grave defecto de nacimiento que, con el tiempo solo, puede corregir ese defecto".

Los biólogos afirman que los resultados fueron consistentes con un proceso de intercambio de información en el cual una estructura triangula su distancia y ángulo desde un punto de referencia estable. Dicen que aunque se requieren más estudios, sugieren el intercambio de "pings", es decir, señales que contienen información entre un "centro organizador" como el cerebro y la red neuronal y las estructuras craneofaciales individuales.
Los investigadores destacan el hecho de que los defectos congénitos, como los labios hendidos, el paladar hendido y la microftalmia, afectan a más de 1 de cada 600 nacimientos. Los nuevos enfoques para corregir estos defectos congénitos que pertenecen a la categoría de malformaciones congénitas de las estructuras craneofaciales podrían corregirse en humanos mediante la realización de más estudios a nivel molecular, lo que arrojaría más luz sobre la dinámica de "fijación facial".
Levin concluyó:

"Tal comprensión tendría enormes implicaciones no solo para reparar defectos de nacimiento, sino también para otras áreas de biología de sistemas y ciencia de la complejidad. Nos podría ayudar a construir sistemas híbridos de bioingeniería, para biología sintética o regenerativa, o sistemas robóticos totalmente artificiales que pueden repararse a sí mismos. después de dañar o reconfigurar su propia estructura para que coincida con las necesidades cambiantes en un entorno complejo ".

Escrito por Petra Rattue