El agua constituye alrededor del 60 % del cuerpo humano. Más de la mitad de esta agua se mueve dentro de las células que forman los órganos y tejidos. Gran parte del agua restante fluye por los recovecos entre las células, como el agua de mar entre los granos de arena.

Ahora, ingenieros del MIT han descubierto que este fluido intercelular desempeña un papel fundamental en la respuesta de los tejidos al ser apretados, presionados o deformados físicamente. Sus hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender cómo las células, los tejidos y los órganos se adaptan físicamente a afecciones como el envejecimiento, el cáncer, la diabetes y ciertas enfermedades neuromusculares.

En un artículo publicado hoy en Nature Physics, los investigadores demuestran que, al presionar o apretar un tejido, este se vuelve más flexible y se relaja con mayor rapidez cuando el líquido entre sus células fluye con facilidad. Cuando las células están compactas y hay menos espacio para el flujo intercelular, el tejido en su conjunto es más rígido y resiste la presión o la compresión.

Los hallazgos desafían la creencia popular, que ha asumido que la adaptabilidad de un tejido depende principalmente de lo que hay dentro de la célula, y no alrededor de ella. Ahora que los investigadores han demostrado que el flujo intercelular determina cómo los tejidos se adaptan a las fuerzas físicas, los resultados pueden aplicarse para comprender una amplia gama de condiciones fisiológicas, incluyendo cómo los músculos resisten el ejercicio y se recuperan de lesiones, y cómo la adaptabilidad física de un tejido puede afectar la progresión del envejecimiento, el cáncer y otras afecciones médicas.

El equipo prevé que los resultados también podrían orientar el diseño de tejidos y órganos artificiales. Por ejemplo, al diseñar tejido artificial, los científicos podrían optimizar el flujo intercelular dentro del tejido para mejorar su función o resiliencia. Los investigadores sospechan que el flujo intercelular también podría ser una vía para el suministro de nutrientes o terapias, ya sea para sanar un tejido o erradicar un tumor.

“Se sabe que hay mucho fluido entre las células de los tejidos, pero se ignora por completo su importancia, en particular en la deformación tisular”, afirma Ming Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. “Ahora demostramos que podemos observar este flujo. Y a medida que el tejido se deforma, el flujo entre las células domina el comportamiento. Por lo tanto, prestemos atención a esto al estudiar enfermedades y diseñar tejidos”.

Guo es coautor del nuevo estudio, que incluye al autor principal y posdoctorado del MIT Fan Liu PhD ´24, junto con Bo Gao y Hui Li de la Universidad Normal de Beijing, y Liran Lei y Shuainan Liu del Peking Union Medical College.

Presionado y exprimido

Los tejidos y órganos de nuestro cuerpo sufren constantemente deformaciones físicas, desde el gran estiramiento y la tensión de los músculos durante el movimiento hasta las pequeñas y constantes contracciones del corazón. En algunos casos, la facilidad con la que los tejidos se adaptan a la deformación puede estar relacionada con la rapidez con la que una persona se recupera, por ejemplo, de una reacción alérgica, una lesión deportiva o un derrame cerebral. Sin embargo, se desconoce en gran medida qué determina exactamente la respuesta de un tejido a la deformación.

Guo y su grupo en el MIT investigaron la mecánica de la deformación tisular, y en particular la función del flujo intercelular, tras un estudio publicado en 2020. En dicho estudio, se centraron en los tumores y observaron cómo el fluido puede fluir desde el centro del tumor hasta sus bordes, a través de las grietas y hendiduras entre las células tumorales individuales. Descubrieron que, al comprimir o presionar un tumor, el flujo intercelular aumentaba, actuando como una cinta transportadora que transportaba el fluido desde el centro hasta los bordes. Descubrieron que el flujo intercelular podría impulsar la invasión tumoral a las regiones circundantes.

En su nuevo estudio, el equipo buscó ver qué papel podría desempeñar este flujo intercelular en otros tejidos no cancerosos.

“ Permitir o no que el fluido fluya entre las células parece tener un gran impacto”, afirma Guo. “Por eso, decidimos analizar más allá de los tumores para ver cómo este flujo influye en la respuesta de otros tejidos a la deformación”.

Un panqueque fluido

Guo, Liu y sus colegas estudiaron el flujo intercelular en diversos tejidos biológicos, incluyendo células derivadas del tejido pancreático. Realizaron experimentos en los que primero cultivaron pequeños grupos de tejido, cada uno de menos de un cuarto de milímetro de ancho y con decenas de miles de células individuales. Colocaron cada grupo de tejido en una plataforma de prueba diseñada a medida, construida específicamente para el estudio.

“Estas muestras de microtejido se encuentran en una zona ideal, donde son demasiado grandes para ser observadas con técnicas de microscopía de fuerza atómica y demasiado pequeñas para dispositivos más voluminosos”, dice Guo. “Así que decidimos construir un dispositivo”.

Los investigadores adaptaron una microbalanza de alta precisión que mide cambios mínimos de peso. La combinaron con un motor paso a paso diseñado para presionar una muestra con precisión nanométrica. El equipo colocó los grupos de tejido uno a uno en la balanza y registró la variación de peso de cada grupo a medida que se relajaba, pasando de una esfera a la forma de un panqueque, en respuesta a la compresión. El equipo también grabó videos de los grupos mientras se comprimían.

Para cada tipo de tejido, el equipo creó grupos de diferentes tamaños. Razonaron que, si la respuesta del tejido se rige por el flujo intercelular, cuanto más grande sea el tejido, más tiempo debería tardar el agua en filtrarse y, por lo tanto, más tiempo debería tardar en relajarse. Debería tardar el mismo tiempo, independientemente del tamaño, si la respuesta de un tejido se determina por su estructura y no por el fluido.

En múltiples experimentos con una variedad de tipos y tamaños de tejidos, el equipo observó una tendencia similar: cuanto más grande era el grupo, más tiempo tardaba en relajarse, lo que indica que el flujo intercelular domina la respuesta de un tejido a la deformación.

“Demostramos que este flujo intercelular es un componente crucial a tener en cuenta en la comprensión fundamental de la mecánica de los tejidos y también en las aplicaciones en la ingeniería de sistemas vivos”, afirma Liu.

En el futuro, el equipo planea estudiar cómo el flujo intercelular influye en la función cerebral, particularmente en trastornos como la enfermedad de Alzheimer.

“El flujo intercelular o intersticial puede ayudar a eliminar desechos y a suministrar nutrientes al cerebro”, añade Liu. “Mejorar este flujo en algunos casos podría ser beneficioso”.

“Como demuestra este trabajo, al aplicar presión sobre un tejido, el líquido fluye”, afirma Guo. “En el futuro, podemos pensar en diseñar formas de masajear un tejido para que el líquido transporte nutrientes entre las células”.

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