Un equipo de investigación de la Facultad de Ingeniería de Columbia ha desarrollado una nueva tecnología controlada por luz que permite un control preciso del proceso de plegado de tejidos mediante la regulación de la actividad proteica en embriones vivos. Este avance ofrece nuevas posibilidades en los campos de la robótica biológica y la investigación médica.
Los investigadores utilizaron el sistema de edición genética CRISPR-Cas9 para introducir módulos fotosensibles en genes naturales de la mosca de la fruta, creando una nueva herramienta llamada "OptoRhoGEF endógeno". Esta tecnología puede regular la actividad de proteínas relacionadas con la contracción celular mediante iluminación con longitudes de onda específicas, influyendo así en los patrones de fuerzas mecánicas durante el desarrollo embrionario. El estudio del plegado de tejidos es una vía importante para comprender los mecanismos del desarrollo embrionario.
Karen Kasza, profesora asociada de ingeniería mecánica y líder del equipo de investigación, declaró: "Poder controlar con precisión la forma en que se pliega una lámina de tejido es un paso fundamental hacia el 'origami de tejidos', que podría utilizarse para estudiar la biología de tejidos 3D fuera de embriones en desarrollo, o para construir y controlar el movimiento de máquinas o robots en miniatura hechos de células biológicas vivas."
Este estudio es el primero en lograr un control óptico ajustable de las fuerzas de contracción celular, en lugar de un simple control de encendido/apagado. Los experimentos revelaron que la profundidad del surco está directamente relacionada con la cantidad de proteínas contráctiles en la membrana celular, y que una capa rígida de proteínas dentro del embrión también influye significativamente en la forma en que se forman los surcos del tejido. Esta investigación sobre el plegado de tejidos ofrece una nueva perspectiva para entender el proceso de desarrollo embrionario.
Andrew Countryman, doctorando en ingeniería biomédica, señaló: "De manera similar a los embriones de mosca de la fruta, los embriones humanos también utilizan ampliamente procesos de formación de surcos durante el desarrollo. La incapacidad del tejido para formar surcos adecuadamente está asociada con defectos congénitos comunes y graves, como la espina bífida." Esta tecnología podría ayudar en el futuro a los científicos a analizar mejor el desarrollo y las enfermedades de tejidos y órganos.
La nueva tecnología controlada por luz proporciona una herramienta innovadora para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. Los investigadores planean estudiar más a fondo otras formas de formación de surcos en tejidos, así como comportamientos tisulares como curvatura, estiramiento y flujo, cuyas combinaciones constituyen la diversidad de formas de órganos y del cuerpo. La investigación sobre el plegado de tejidos seguirá impulsando el avance del campo de la biología del desarrollo.
