Investigadors del Grup de Modelització Teòrica i In Silico de Sistemes Biològics (The.Si.M.Bio.Sys.GROUP) del Laboratori Co.S.Mo.LAB –ubicat al Parc Científic Barcelona (PCB)– i de les Facultats de Física i Química de la Universitat de Barcelona (UB) han aconseguit desenvolupar una eina de simulació computacional que permet reproduir, de manera quantitativa i predictiva, la dinàmica i mecànica de teixits epitelials en creixement. L'estudi, que protagonitza la portada de l'últim número de la revista PLoS Computational Biology (doi:10.1371/journal.pcbi.1002153), aporta noves dades per entendre com se segreguen les diferents poblacions cel·lulars durant el desenvolupament embrionari per a una correcta formació de l'organisme adult.

”

El treball ha estat liderat pel físic Javier Buceta, investigador principal de The.Si.M.Bio.Sys.GROUP, i en ell han col·laborat els científics Oriol Canela-Xandri (primer signant de l’article), durant la seva estància predoctoral al grup; Jaume Casademunt del Departament d’Estructura i Constituents de la Matèria, i Francesc Sagués del Departament de Química Física de les Facultats de Física i Química de la UB.

Un dels reptes actuals de la biologia del desenvolupament es desxifrar quins són els mecanismes que controlen la migració, segregació i compartimentalització cel·lular i com actuen sobre les poblacions cel·lulars perquè aquestes s’agrupen correctament durant el desenvolupament embrionari per formar els teixits i els òrgans.

Els investigadors van estudiar aquests mecanismes a través de l’experimentació in silico d’un cas ben caracteritzat experimentalment in vivo: el disc imaginal de l’ala de la Drosophila melanogaster, l’estructura que origina l’ala adulta de la mosca de la fruita.

Al disc imaginal de la Drosophila, les poblacions cel·lulars que donen lloc a les parts dorsal i ventral de l’ala mai es barregen. Una població cel·lular, anomenada “organitzador” o “eix dorsiventral “, controla aquest procés. A nivell experimental, el creixement d’aquesta població es va revelar molt diferent a la d’ambdós compartiments.

L’objectiu que es va plantejar l’equip de Buceta va ser desxifrar, mitjançant tècniques de modelització computacional, les particulars característiques mecàniques i morfogenètiques d’aquesta població que actua com a barrera estable per evitar la barreja de les poblacions cel·lulars dels discos dorsal i ventral.

Quines propietats mecàniques tenen aquestes cèl·lules per esdevenir “barreres efectives”? Per què el seu creixement no es produeix de manera isòtropa, com el de les poblacions cel·lulars dorsal i ventral? Per poder donar resposta a aquestes i d’altres incògnites els científics van desenvolupar un codi de simulació de teixits que implementa les condicions suficients i necessàries per reproduir in silico l’estabilitat dinàmica i les propietats mecàniques de l’organitzador.

Els autors de l’estudi van utilitzar un model de vèrtex dinàmic que representa les forces que actuen sobre les cèl·lules amb variabilitat estocàstica (aleatòria), tenint en compte paràmetres, com ara l’agregació cel·lular, la durada del cicle de divisió, la resposta a l’ablació, i la resistència a les pertorbacions mecàniques. Els seus resultats aporten dades molt rellevants sobre la influència de la mecànica del citoesquelet, el cicle i creixement cel·lular i les interacciones cel·lulars sobre el funcionament i estructura de l’organitzador.

“Hi ha d’altres eines computacionals i codis de simulació de creixement de teixits, però la nostra incorpora de manera molt realista alguns components fonamentals per al creixement d”aquest tipus de teixits. Per exemple, hem tingut en compte la variabilitat que es dóna a la natura pel que fa a la duració del cicle cel·lular i l’adreça de divisió. Ara, en una segona part, incorporarem també la genètica. L’objectiu final és aconseguir una eina de simulació mecanogenètica per estudiar l’evolució de teixits epitelials en creixement”- afirma Javier Buceta.

Els resultats d’aquest treball posen en relleu alguns mecanismes fonamentals per aconseguir una correcta segregació de teixits a la Drosophila que poden tenir implicacions en processos similars als éssers humans, alhora que aporten dades, desconegudes fins ara, per aprofundir en malalties severes relacionades amb una incorrecta segregació de les poblacions cel·lulars.

“Els animals model, com ara Drosophila melanogaster, tenen una gran connexió amb la nostra realitat des del punt de vista biològic. Per tant, entendre mecanismes clau en el seu desenvolupament significa entendre’ls també a l’ésser humà” – declara Buceta.