La profesora Magdalena Zernicka-Goetz, del Caltech, y Qi Chen, de la Universidad de Utah, han propuesto en un nuevo artículo de perspectiva que el origen de la vida multicelular podría explicarse mejor como una respuesta a limitaciones físicas inevitables que como un mero producto de la complejidad biológica, según informó el Caltech.

La autoorganización, el proceso mediante el cual células individuales se ensamblan espontáneamente en estructuras complejas como órganos y tejidos, ha sido tradicionalmente vista como un fenómeno misterioso derivado de la complejidad biológica. Sin embargo, Zernicka-Goetz y Chen redefinen este proceso como algo más cercano a una inevitabilidad física, según el artículo publicado en Nature Biotechnology.

Según los investigadores, cuando las células crecen y comienzan a aglomerarse, enfrentan limitaciones sobre qué tan lejos pueden viajar el oxígeno y los nutrientes, y qué células están en contacto con el ambiente externo. Estas restricciones empujan a los tejidos hacia un conjunto reducido de soluciones arquitectónicas recurrentes: formación de cavidades (cavitación), plegamiento y ramificación. Estas estrategias simples, repetidas y superpuestas a lo largo del tiempo, pueden dar origen a las estructuras elaboradas de embriones, órganos y tejidos vivos, según el artículo.

En el centro de esta nueva perspectiva se encuentra lo que los autores denominan la Hipótesis de Iniciación Asimétrica. Las teorías clásicas han sugerido que la multicelularidad comenzó cuando las células permanecieron unidas después de la división celular o se agregaron en grupos cooperativos. Zernicka-Goetz y Chen proponen que un paso aún más temprano pudo haber sido un desequilibrio dentro de una sola célula: una distribución desigual de moléculas, orgánulos o tensión mecánica que creó el primer sesgo espacial en función y destino celular, según el estudio.

Tales asimetrías, potencialmente desencadenadas por aglomeración, compresión u otras fuerzas ambientales, podrían haber ayudado a sentar las bases para la polarización, adhesión, división del trabajo y, eventualmente, la organización multicelular, según los investigadores.

Estudios recientes muestran que las arqueas, un tipo de organismo unicelular, forman estructuras similares a tejidos bajo compresión mecánica, lo que respalda la idea de que las fuerzas físicas pueden haber desempeñado un papel importante en la evolución multicelular temprana, según el artículo. Desde esta perspectiva, el salto de una célula a muchas no fue solo una innovación genética, sino también una respuesta a las presiones y posibilidades impuestas por la física.

El artículo también examina cómo los modelos de embriones basados en células madre, un campo que el laboratorio de Zernicka-Goetz ha ayudado a desarrollar, ahora permiten a los científicos construir estos procesos a partir de sus componentes en el laboratorio, observando cómo la autoorganización tiene éxito, falla y revela su lógica subyacente, según el Caltech. Comprender esa lógica, argumentan los autores, abre la puerta a la ingeniería racional de tejidos vivos, con implicaciones para la medicina regenerativa, la salud reproductiva y la biología sintética.

El trabajo hace eco de una famosa frase de la pizarra de Richard Feynman en Caltech: "Lo que no puedo crear, no lo entiendo". "Para la biología del desarrollo, el mismo principio se está volviendo cada vez más literal", dijo Zernicka-Goetz, según el comunicado del instituto. "Al reconstruir cómo la vida se ensambla a sí misma, estamos pasando de observar la biología a crear prototipos de ella".

El artículo, titulado "Decodificando los orígenes de la autoorganización celular para la biología diseñada", fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, según informó el Caltech. Zernicka-Goetz es profesora Bren de Biología e Ingeniería Biológica en el Instituto de Tecnología de California.

La nueva hipótesis desafía la comprensión tradicional de uno de los eventos más fundamentales en la historia de la vida en la Tierra: cómo los organismos pasaron de ser células individuales a formas de vida complejas y coordinadas. Al proponer que las fuerzas físicas jugaron un papel tan crucial como los cambios genéticos, los investigadores ofrecen un marco que podría transformar la forma en que los científicos abordan tanto la biología evolutiva como la ingeniería de tejidos artificiales.

Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la comprensión teórica del origen de la vida multicelular. La capacidad de reconstruir y manipular procesos de autoorganización celular en el laboratorio podría acelerar el desarrollo de terapias regenerativas, mejorar técnicas de reproducción asistida y permitir la creación de tejidos y órganos sintéticos para trasplantes, según sugiere el artículo publicado en Nature Biotechnology.