A medida que un organismo crece, su aspecto también cambia.

En las fases iniciales, el embrión adquiere un estado casi fluido que permite a sus células dividirse y expandirse.

A medida que madura, sus tejidos y órganos adquieren su forma definitiva.

En ciertas especies, este estado físico de un organismo puede ser un indicador de su etapa de desarrollo, e incluso del estado general de su salud.

Ahora, investigadores del MIT han descubierto que la forma en que se disponen las células de un tejido puede servir como huella digital de su "fase".

Han desarrollado un método para descodificar las imágenes de las células de un tejido y determinar rápidamente si ese tejido es más bien un sólido, un líquido o incluso un gas.

Sus resultados se publican en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

El equipo espera que su método, al que han llamado "huella configuracional", pueda ayudar a los científicos a seguir los cambios físicos de un embrión a medida que se desarrolla.

Más inmediatamente, están aplicando su método para estudiar y eventualmente diagnosticar un tipo específico de tejido: los tumores.

En el caso del cáncer, hay pruebas que sugieren que, al igual que un embrión, el estado físico de un tumor puede indicar su etapa de crecimiento.

Los tumores más sólidos pueden ser relativamente estables, mientras que los más fluidos podrían ser más propensos a mutar y hacer metástasis.

Los investigadores del MIT están analizando imágenes de tumores, tanto cultivados en el laboratorio como en biopsias de pacientes, para identificar huellas celulares que indiquen si un tumor es más bien sólido, líquido o gaseoso.

Su idea es que los médicos puedan algún día cotejar una imagen de las células de un tumor con una huella celular para determinar rápidamente la fase de un tumor y, en última instancia, la progresión de un cáncer.

"Nuestro método permitiría un diagnóstico muy fácil de los estados del cáncer, simplemente examinando las posiciones de las células en una biopsia", dice Ming Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. "Esperamos que, con sólo mirar dónde están las células, los médicos puedan saber directamente si un tumor es muy sólido, lo que significa que aún no puede hacer metástasis, o si es más fluido, y el paciente está en peligro".

Los coautores de Guo son Haiqian Yang, Yulong Han, Wenhui Tang y Rohan Abeyaratne, del MIT, Adrian Pegoraro, de la Universidad de Ottawa, y Dapeng Bi, de la Universidad Northeastern.

En un sólido perfecto, los componentes individuales del material están configurados como una red ordenada, como los átomos de un cubo de cristal.

Si se cortara un trozo de cristal y se colocara sobre una mesa, se vería que los átomos están dispuestos de tal manera que se podrían conectar en un patrón de triángulos repetidos.

En un sólido perfecto, como el espacio entre los átomos sería exactamente el mismo, los triángulos que los conectan tendrían normalmente una forma equilátera.

Guo tomó esta construcción como plantilla de una estructura perfectamente sólida, con la idea de que pudiera servir de referencia para comparar las configuraciones celulares de los tejidos y tumores reales, que no son perfectamente sólidos.

"Los tejidos reales nunca están perfectamente ordenados", afirma Guo. "En su mayoría son desordenados. Pero aún así, hay sutiles diferencias en cuanto a su grado de desorden".

Siguiendo esta idea, el equipo comenzó con imágenes de varios tipos de tejidos y utilizó un software para trazar conexiones triangulares entre las células de un tejido.

En contraste con los triángulos equiláteros de un sólido perfecto, los mapas produjeron triángulos de diversas formas y tamaños, indicando células con una gama de orden (y desorden) espacial.

Para cada triángulo de una imagen, midieron dos parámetros clave: el orden volumétrico, o el espacio dentro de un triángulo, y el orden de cizallamiento, o lo lejos que está la forma de un triángulo de la equilátera.

El primer parámetro indica la fluctuación de la densidad de un material, mientras que el segundo ilustra la tendencia del material a deformarse.

Descubrieron que estos dos parámetros eran suficientes para caracterizar si un tejido era más parecido a un sólido, un líquido o un gas.

"Calculamos directamente el valor exacto de ambos parámetros, en comparación con los de un sólido perfecto, y utilizamos esos valores exactos como nuestras huellas dactilares", explica Guo.

El equipo probó su nueva técnica de huellas dactilares en varios escenarios diferentes.

La primera fue una simulación en la que modelizaron la mezcla de dos tipos de moléculas, cuya concentración aumentaron gradualmente.

Para cada concentración, mapearon las moléculas en triángulos y luego midieron los dos parámetros de cada triángulo.

A partir de estas mediciones, caracterizaron la fase de las moléculas y pudieron reproducir las transiciones entre gas, líquido y sólido, que era lo esperado.

"La gente sabe qué esperar en este sistema tan simple, y esto es lo que vemos exactamente", dice Guo. "Esto demostró la capacidad de nuestro método".

Los investigadores pasaron a aplicar su método en sistemas con células en lugar de moléculas.

Por ejemplo, observaron vídeos, tomados por otros investigadores, de un ala de mosca de la fruta en crecimiento.

Aplicando su método, pudieron identificar las regiones del ala en desarrollo que pasaban de un estado sólido a otro más fluido.

"Como fluido, esto puede ayudar al crecimiento", dice Guo. "Todavía se está investigando cómo ocurre exactamente".

Él y su equipo también cultivaron pequeños tumores a partir de células de tejido mamario humano y observaron cómo los tumores crecían con zarcillos en forma de apéndice, signos de metástasis temprana.

Cuando trazaron la configuración de las células en los tumores, descubrieron que los tumores no invasivos se parecían a algo entre un sólido y un líquido, y los tumores invasivos eran más parecidos a un gas, mientras que los zarcillos mostraban un estado aún más desordenado. 

"Los tumores invasivos eran más parecidos al vapor, y quieren extenderse e ir a todas partes", dice Guo. "Los líquidos apenas pueden comprimirse. Pero los gases son comprimibles: pueden hincharse y encogerse fácilmente, y eso es lo que vemos aquí".

El equipo está trabajando con muestras de biopsias de cáncer humano, de las que están tomando imágenes y analizando para perfeccionar sus huellas celulares. Con el tiempo, Guo prevé que el mapeo de las fases de un tejido pueda ser una forma rápida y menos invasiva de diagnosticar múltiples tipos de cáncer.

"Los médicos suelen tener que tomar biopsias y, a continuación, teñirlas para detectar diferentes marcadores en función del tipo de cáncer, para diagnosticarlo", afirma Guo. "Quizá algún día podamos utilizar herramientas ópticas para mirar dentro del cuerpo, sin tocar al paciente, para ver la posición de las células y decir directamente en qué fase del cáncer se encuentra un paciente"

Fuente: Massachusetts Institute of Technology