En lo alto de las copas de los árboles de una selva china, Ming Guo comenzó a explorar la influencia de una sola célula.

Estudiante en la Universidad Tsinghua de China, Guo estaba estudiando las propiedades mecánicas de las células vegetales. Como parte de su tesis de maestría, asumió una pregunta intrigante: ¿la integridad física de una célula (su tamaño, forma, blandura o rigidez) tiene algo que ver con la altura de un árbol?

En busca de una respuesta, Guo visitó los bosques de la provincia de Yunnan y recolectó hojas de los árboles más altos, algunos de más de 200 pies, demasiado altos para que el propio Guo trepara. Entonces, solicitó la ayuda de un estudiante del club de escalada en roca de la universidad, quien escaló los árboles y recuperó hojas a varias alturas a lo largo de su longitud.

Después de analizar las células vegetales individuales dentro de cada hoja, Guo observó un patrón: cuanto más altas las hojas, más pequeñas las células. Y, más interesante aún, el tamaño de una sola célula podría predecir más o menos qué tan alto puede crecer un árbol.

Este trabajo inicial en células de árboles dejó una cosa clara en la mente de Guo: la forma física de una célula puede desempeñar un papel en el desarrollo de un organismo completo. Esta comprensión lo motivó a estudiar la mecánica celular, en plantas y eventualmente en células animales, para ver qué más pueden revelar las propiedades físicas de una célula sobre cómo crecen las células, los tejidos, los órganos y los organismos completos.

“La gente estudia las células en el contexto de su biología y bioquímica, pero las células también son simplemente objetos físicos que puedes tocar y sentir”, dice Guo. “Al igual que cuando construimos una casa, usamos diferentes materiales para tener diferentes propiedades. Una regla similar debe aplicarse a las células cuando forman tejidos y órganos. Pero en realidad, no se sabe mucho sobre este proceso”.

Su trabajo en mecánica de celdas lo llevó al MIT, donde recientemente recibió la titularidad y es Profesor Asociado de Desarrollo Profesional de la Clase del ´54 en el Departamento de Ingeniería Mecánica.

En el MIT, Guo y sus estudiantes están desarrollando herramientas para pinchar y pinchar cuidadosamente las células y observar cómo su forma física influye en el crecimiento de un tejido, organismo o enfermedad como el cáncer. Su investigación une múltiples campos, incluida la biología celular, la física y la ingeniería mecánica, y está trabajando para aplicar los conocimientos de la mecánica celular para diseñar materiales para aplicaciones biomédicas, como terapias para detener el crecimiento y la propagación de células enfermas y cancerosas.

“El MIT es un lugar perfecto para eso a largo plazo”, dice Guo. “Es interdisciplinario y siempre muy inspirador, y al interactuar con diferentes personas fuera del campo, obtienes más ideas. Es más probable que puedas desenterrar algo útil”.

La naturaleza de los objetos físicos.

Guo creció en Shijiazhuang, una ciudad que está a dos horas en tren de Beijing. Sus padres eran ingenieros: su padre trabajaba en la fábrica local y su madre construía modelos didácticos de sistemas de tránsito en una escuela vocacional. Sus padres trabajaban duro y, como la mayoría de las familias de fábricas, no podían darse el lujo de cuidar a su hijo cuando no había escuela.

“En los veranos, tenían que ir a trabajar y simplemente me encerraban en casa. Le tiraba las llaves a alguien para que abriera la puerta y pudiera ir a jugar con ellas”, recuerda Guo.

Él y sus amigos se dirigían a un grupo de edificios residenciales cerca de la fábrica y pasaban el día escalando.

“Me gustaba escalar torres y edificios bajos y ver cómo estaban estructurados”, recuerda Guo. “También había un pequeño río donde intentamos pescar. La mayoría de las familias no tenían muchos ahorros al final del año y no dedicaron mucho esfuerzo a la educación. Pero recuerdo que cuando era niño me divertía mucho”.

La escuela y la ciencia se enfocaron más en la escuela secundaria, cuando Guo tuvo la oportunidad de visitar a un primo que asistía a la Universidad de Tsinghua. Recuerda que se sintió especialmente atraído por un libro de texto en el estante de su primo, sobre la mecánica estructural de los puentes. La corta estadía lo inspiró a postularse a la universidad, una de las dos mejores escuelas del país. Una vez aceptado, se dirigió a Tsinghua para obtener un título en mecánica.  

Después de una breve incursión en la mecánica de los fluidos y un proyecto que involucraba simulaciones de una bomba de sangre artificial, Guo decidió dar un giro y centrarse en cambio en la mecánica de las células, en particular las células vegetales. Inspirado por su asesor, abordó el tema de cómo la integridad mecánica de una célula vegetal influye en la altura que puede alcanzar un árbol. El proyecto se convirtió en una tesis de maestría ya que Guo se quedó en Tsinghua como estudiante de maestría.

“Mientras trabajaba en plantas, me di cuenta de que las células animales también eran muy interesantes”, dice Guo. "La naturaleza de los diferentes materiales, especialmente los materiales biológicos, y cómo entenderlos simplemente como objetos físicos, fue fascinante para mí".

“Un impacto profundo”

Mientras terminaba su trabajo con las células de los árboles, Guo leyó sobre la investigación con células animales y se inclinó por el trabajo de David Weitz, un físico de la Universidad de Harvard que se especializa en la materia blanda, incluidas las propiedades mecánicas de las células vivas. El trabajo de Weitz motivó a Guo a postularse al programa de posgrado en física aplicada de Harvard.

En 2007, llegó al campus de Cambridge —la primera vez que se aventuraba fuera de China— y se sintió perdido en medio de un paisaje nuevo y extraño.

“Había llenado la mitad de mi maleta con ramen, y la primera semana solo comí ramen porque no sabía dónde comer”, recuerda Guo. “Tampoco pude entender nada en algunas de mis clases, porque el tipo de inglés que aprendí en China no era la forma en que la gente habla aquí”.

Después de un tiempo, Guo encontró su equilibrio y se sumergió en el trabajo en el laboratorio de Weitz, donde centró su tesis doctoral en comprender el "comportamiento de desequilibrio" o los movimientos físicos en una sola célula, e investigar dónde se origina la energía para generar tales movimientos.

“Ese trabajo realmente cambió mi dirección”, dice Guo. "Sabía lo que quería hacer: seguir entendiendo cómo la mecánica celular, en sistemas multicelulares como órganos y tejidos, influye en todo".

En 2015, se mudó al MIT, donde aceptó un puesto de docente junior en el Departamento de Ingeniería Mecánica. En el Instituto, ha dado forma a sus objetivos de investigación en torno al desarrollo de nuevas herramientas y técnicas para estudiar mejor las células vivas y cómo sus propiedades físicas y mecánicas influyen en cómo las células se mueven, responden, se deforman y funcionan.

“En los últimos años, hemos obtenido grandes conocimientos sobre cómo, si cambia el entorno mecánico de una célula, como su rigidez o su contenido de agua, eso tiene un gran impacto en la bioquímica fundamental, como la transcripción y la señalización celular. , que a su vez regula el crecimiento multicelular”, dice Guo. “Entonces, la mecánica celular puede tener un impacto muy profundo en la biología”.

Además de su investigación, a Guo también le gusta enseñar a estudiantes del MIT, más recientemente en 2.788 (Ingeniería mecánica y diseño de sistemas vivos), una clase que desafía a los estudiantes a aplicar la mecánica de las células para diseñar nuevos sistemas y máquinas. En una clase reciente, los estudiantes han estado usando células del músculo cardíaco para bombear líquido a través de un chip de microfluidos. Una clase anterior amplificó el voltaje natural dentro de una planta para impulsar una pequeña rueda.

“Los momentos más enérgicos y felices que tengo son cuando hablo con los estudiantes”, dice Guo. “A menudo me dan sorpresas o nuevas ideas que amo y espero con ansias”.

En los últimos años, la investigación y la enseñanza de Guo se han ampliado para considerar no solo la mecánica de las células individuales, sino también los sistemas multicelulares, un cambio que atribuye a la llegada de su hija.

“Ella nació en 2016 y, en ese momento, todo mi grupo estaba trabajando en células individuales”, dice Guo. “Pero viendo cómo se ha desarrollado, siento que comprender algo tan complejo es mucho más interesante. Entonces, también comenzamos a trabajar en la exploración de la mecánica y la mecanobiología de sistemas más complejos, como tejidos y embriones”.