Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
A medida que un organismo crece, su sensación también cambia. En las etapas iniciales, un embrión adquiere un estado casi fluido que permite que sus células se dividan y expandan. A medida que madura, sus tejidos y órganos se reafirman en su forma final. 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, los investigadores del MIT han descubierto que la forma en que se organizan las células de un tejido puede servir como una huella digital para la «fase» del tejido. Han desarrollado un método para decodificar imágenes de células en un tejido para determinar rápidamente si ese tejido es más como un sólido, un líquido o incluso un gas. Sus hallazgos se informan en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
El equipo espera que su método, al que llamaron «huellas dactilares configuracionales», pueda ayudar a los científicos a rastrear los cambios físicos en un embrión a medida que se desarrolla. . Más inmediatamente, están aplicando su método para estudiar y eventualmente diagnosticar un tipo específico de tejido: tumores.
En el cáncer, ha habido evidencia que sugiere que, como un embrión, el estado físico de un tumor puede indicar su etapa de crecimiento. Los tumores que son más sólidos pueden ser relativamente estables, mientras que los crecimientos 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 extraídos de pacientes. , para identificar las huellas dactilares celulares que indican si un tumor se parece más a un sólido, líquido o gas. Prevén que los médicos algún día puedan hacer coincidir una imagen de las células de un tumor con una huella digital 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, simplemente observando dónde están las células, los médicos puedan determinar 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». /p>
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.
Orden triangular
En un sólido perfecto, los constituyentes individuales del material se configuran como una red ordenada, como los átomos en un cubo de cristal. Si tuviera que cortar una rebanada del cristal y colocarla sobre una mesa, vería que los átomos están dispuestos de tal manera que pudiera conectarlos en un patrón de triángulos repetidos. En un sólido perfecto, dado que el espacio entre los átomos sería exactamente el mismo, los triángulos que los conectan normalmente tendrían una forma equilátera.
Guo tomó esta construcción como modelo para una estructura perfectamente sólida, con la idea de que podría servir como referencia para comparar las configuraciones celulares de tejidos y tumores reales, menos que perfectamente sólidos.
«Los tejidos reales nunca están perfectamente ordenados», dice Guo. «En su mayoría están desordenados. Pero aun así, existen diferencias sutiles en cuanto a su grado de desorden».
Siguiendo esta idea, el equipo comenzó con imágenes de varios tipos de tejidos y utilizó software para mapear conexiones triangulares entre las células de un tejido. En contraste con los triángulos equiláteros en un sólido perfecto, los mapas produjeron triángulos de varias formas y tamaños, indicando celdas con un rango de orden (y desorden) espacial.
Para cada triángulo en una imagen, midieron dos parámetros clave: orden volumétrico, o el espacio dentro de un triángulo; y orden de corte, o qué tan lejos está la forma de un triángulo del equilátero. El primer parámetro indica la fluctuación de densidad de un material, mientras que el segundo ilustra cuán propenso es el material a deformarse. Descubrieron que estos dos parámetros eran suficientes para caracterizar si un tejido era más como un sólido, un líquido o un gas.
«Estamos calculando directamente el valor exacto de ambos parámetros, en comparación con los de un sólido perfecto y usando esos valores exactos como nuestras huellas dactilares», explica Guo.
zarcillos de vapor
El equipo probó su nueva técnica de huellas dactilares en varios escenarios diferentes. El primero fue una simulación en la que modelaron 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 se esperaba.
«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».
Luego, los investigadores aplicaron su método en sistemas con células en lugar de moléculas. Por ejemplo, miraron videos, tomados por otros investigadores, de un ala de mosca de la fruta en crecimiento. Aplicando su método, pudieron identificar regiones en el ala en desarrollo que se transformaron de un estado sólido a un estado más fluido.
«Como fluido, esto puede ayudar con el crecimiento», dice Guo. «Todavía se está investigando cómo sucede eso exactamente».
Él y su equipo también cultivaron pequeños tumores a partir de células de tejido mamario humano y observaron cómo los tumores crecían como zarcillos en forma de apéndices, signos de metástasis temprana. Cuando mapearon la configuración de las células en los tumores, encontraron que los tumores no invasivos se parecían a algo entre sólido y 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 como vapor, y quieren expandirse e ir a todas partes», dice Guo. «Los líquidos apenas se pueden comprimir. Pero los gases se pueden comprimir, se pueden hinchar y encoger con facilidad, 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 analizándolas para perfeccionar sus huellas dactilares celulares. Eventualmente, Guo prevé que mapear las fases de un tejido puede ser una forma rápida y menos invasiva de diagnosticar múltiples tipos de cáncer.
«Los médicos generalmente tienen que tomar biopsias y luego teñir para diferentes marcadores según el tipo de cáncer, para diagnosticar», dice Guo. «Quizás algún día podamos usar herramientas ópticas para mirar dentro del cuerpo, sin tocar al paciente, para ver la posición de las células y decir directamente en qué etapa del cáncer se encuentra un paciente»
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Física de Tumores: las células cancerosas se fluidifican y se escurren a través del tejido. DOI: 10.1073/pnas.2109168118. Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: ¿Sólido, líquido o gas? La técnica identifica rápidamente el estado físico de los tejidos y los tumores (25 de octubre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-solid-liquid-gas-technique-quickly.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.