Los “planos de IKEA” de la naturaleza: descubren que los tejidos esconden sus propias instrucciones de montaje en 3D
Un equipo internacional de investigadores, con fuerte participación española, ha identificado que el ojo de la mosca tiene un 'plano' arquitectónico en 2D que predetermina la forma final en 3D que tendrá la retina una vez que la mosca pase de pupa a adulto. “Encontramos que había un patrón de triángulos en la retina de la pupa de la Drosophila melanogaster”, explica Luis María Escudero, investigador de la Universidad de Sevilla y autor senior del estudio. “Al principio de la metamorfosis, esa estructura es totalmente plana; luego se curva un poquito y se infla por la presión hidrostática que ocurre durante la metamorfosis”.
Según los autores, cuyo trabajo se publica este martes en la revista Nature Communications, se trata del primer metamaterial programable de origen natural, un hallazgo que podría revolucionar la bioingeniería y rompe la creencia de que tales estructuras complejas eran exclusivas de la ingeniería humana. Los resultados, aseguran, abren la posibilidad de diseñar tejidos vivos y órganos artificiales con formas personalizadas para la medicina regenerativa y otras posibles estrategias de bioingeniería.
Materiales programables
Los metamateriales son aquellos cuyas propiedades no dependen de la sustancia que los compone, sino de cómo están estructurados o plegados. Hasta ahora, todos los metamateriales programables conocidos habían sido diseñados artificialmente por el ser humano para un fin específico, como por ejemplo los stents cardiovasculares, que gracias a su estructura geométrica se expanden en múltiples direcciones para agarrarse mejor a las arterias.
Sin embargo, el equipo de investigación ha descubierto que la retina de la mosca utiliza estos mismos principios arquitectónicos de forma natural. Funciona como una especie de plano de Ikea, pero va “incluso un paso más allá”, según Escudero, que lidera el estudio junto a Fernando Casares, del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo. “Es como si el propio plano de los muebles del Ikea te estuviera ayudando a crear el mueble”, asegura. Simplemente aplicando una fuerza, que en este caso es el inflado por la presión hidrostática durante la metamorfosis, el tejido adopta su forma final automáticamente sin necesidad de fuerzas externas que lo modelen.
Este preciso ensamblaje en 3D no es casual, sino vital para la supervivencia del insecto. La curvatura del ojo determina cómo interactúa la mosca con su entorno. Como ilustra Escudero, las zonas con alta curvatura captan mucha luz y ofrecen un campo de visión amplio, ideal para detectar rápidamente si se acerca un depredador. Por el contrario, las zonas más planas permiten enfocar con mayor definición. A través de este tejido que funciona como un metamaterial, donde unos triángulos celulares son mayores que otros según su posición, el ojo “programa” dónde será más curvo y dónde más plano.
Hacia la “morfogénesis sintética”
“Una vez más, la biología nos sorprende utilizando desde hace millones de años mecanismos que para nosotros representan la vanguardia tecnológica”, asegura Juan Garrido García, primer autor del trabajo. Este descubrimiento abre las puertas a lo que los científicos denominan “morfogénesis sintética”, un concepto que promete transformar la medicina del futuro. Actualmente, en el campo de la bioingeniería resulta muy complicado crear estructuras biológicas tridimensionales con formas específicas, dependiendo a menudo de andamios o moldes artificiales para que las células crezcan con la forma adecuada.
“Nosotros proponemos que este descubrimiento puede abrir nuevas puertas al desarrollo de estructuras en tres dimensiones vivas, porque podemos aplicar estos principios de los metamateriales a nuevos tejidos, haciendo diseños en dos dimensiones, formando estos triángulos y luego mediante tecnologías que ya están en uso, inflar ese tejido para que adquiera la forma 3D que estamos buscando”, explica Escudero.
Esto abre la puerta a diseñar organices humanos de forma mucho más precisa o aplicaciones médicas mucho más directas. “Imagínate que tienes un tumor, te quitan una parte y quieres meter el tratamiento directamente donde has quitado el tejido tumoral”, concluye Escudero. “Aún es un poco fantasioso, pero tal vez podrías intentar diseñar que el tejido nuevo que metes ahí tenga la forma de lo que has quitado, para imitarla”. Las instrucciones de montaje, como en el ojo de la mosca, ya vendrían incluidas de serie.