Los mecanismos que desencadenan y modulan el desarrollo y el crecimiento de un organismo y la formación de sus órganos (morfogénesis) es un área de gran interés por sus repercusiones en numerosas áreas de la biomedicina. Tradicionalmente, esos mecanismos siempre se han asociado a procesos de inducción genética y a señales bioquímicas. Pero en los últimos años se ha hecho evidente que hay otras señales y procesos físicos, principalmente mecánicos, que también tienen un papel esencial. Una forma totalmente nueva de estudiar la morfogénesis es hacerlo desde un punto de vista biomecánico, analizando aspectos como las fuerzas, las tensiones mecánicas o la tensión superficial. Actualmente los principios básicos de la biomecánica de la morfogénesis son todavía desconocidos.

Un trabajo liderado por Enrique Martín-Blanco, científico del CSIC en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBM), con sede en el Parc Científic de Barcelona (PCB), presenta un método basado en la dinámica de fluidos (hidrodinámica) que permite analizar la morfogénesis desde un punto de vista biomecánico. En el trabajo también han participado científicos del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), del IRB Barcelona de la Universidad de Barcelona, y del Centro de investigación en red de Enfermedades Respiratorias (CIBERES). Los resultados se publican esta semana en la revista EMBO Journal.

“Nuestro  método”, explica Enrique Martin-Blanco, “permite inferir parámetros mecánicos, tales como perfiles de tensión cortical superficial y campos de presión y potencia en tres dimensiones por modelado hidrodinámico”. La metodología desarrollada es no-invasiva y permitiría describir parámetros mecánicos en muy diversos procesos biológicos.

En el trabajo, se ha aplicado el método al análisis en el pez cebra de una de las fases esenciales del desarrollo embrionario, la epibolia. La epibolia es un evento esencial en el que tres tejidos se coordinan para dirigir la expansión del embrión. Los científicos han analizado cómo y dónde se generan las fuerzas que dirigen la epibolia y cómo estas se acoplan a nivel global. El método, explican, “nos ha permitido definir los cambios locales de tensión que se producen a medida que la epibolia progresa y desarrollar mapas de potencia dinámicos”.

El trabajo permite describir la epibolia como un proceso donde los movimientos responden a un gradiente polarizado de tensión cortical en la superficie. Este gradiente se origina en respuesta a fuerzas contráctiles localizadas y a diferencias en las propiedades elásticas entre los distintos componentes de la corteza del embrión.

En conjunto, “nuestro trabajo identifica una nuevo mecanismo de regulación y coordinación de movimientos celulares que puede ser fundamental para explicar muchos procesos morfogenéticos y fisio-patológicos, como la reparación de tejidos o la invasividad de la metástasis”.