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Francis VillatoroJuan Carlos GilJosé EdelsteinGastón GiribetBorja Tosarescutoides para tejidos epitelialesbioingeniería física teórica sistemas complejosartículo original sobre escutoides 2018estabilidad mecánica de tejidos epiteliales curvadosJuan Carlos GilPedro GómezPablo Vicente MunueraReino UnidoValenciaSamiratetradecaedro de KelvinFrancis VillatoroForbesLewisAbubwearEulerdiagrama de BoronoiJosé EdelsteinThe New York TimesBBCMarvelDe Potts-MontecarloDe Voronoi DinámicoSamira AmbariPedro Gómez GalvezLuis María EscuderoComputational and Structural Biotechnology JournalSevillaCoffee Break: Señal y RuidoPremio Nobel de Fisiología o MedicinaTolerancia inmunitaria periféricaPremio Nobel de FísicaEfecto túnel cuántico macroscópicoCuantización de la energíadiagramas de BoronoiJoyce
Estabilidad Mecánica de tejidos epiteliales curvados
Con
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Juan Carlos Gil describe un nuevo trabajo científico como una colaboración multidisciplinar que integra bioingeniería, física teórica, sistemas complejos, modelado computacional y el artículo original de 2018 sobre escutoides.
…del modelo de fuerzas, ya lo hizo entonces y ahora lo extiende de forma muy chula y es director de la tesis de Samira, la primera autora de la cual forma parte este artículo Sí, según resan este nuevo artículo, su afiliación está en Valencia ahora Exacto, Bueno, pues como el artículo original más entonces todavía, pero ahora también Este trabajo supone una colaboración multidisciplinar impresionante; integra bioingeniería, física teórica, sistemas complejos, modulado computacional y aquel del 2018. Además había una componente fuerte como hemos hablado en matemática. La pregunta concreta de este artículo es: ¿son necesarias realmente estas intercalaciones apico-basales y por tanto los escutoides para garantizar la estabilidad mecánica de los tejidos epiteliales curvados? Bueno, existen técnicas experimentales para estimar estas fuerzas en células y tejidos: ablación láser, hay unas pinzas ópticas y magnéticas que te permiten pellizcar a las células y ver cómo se recomponen, pero esas técnicas no están tan avanzadas como para…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro introduce el programa 'Coffee Break: Señal y Ruido', anunciando los temas principales de la tertulia científica.
Habla: Francis VillatoroPalabras #11efecto túnel cuántico macroscópico circuitos eléctricospremio nobel química metalorgánicas escutoidecélulas epiteliales tejidosAsí que pasen y pónganse cómodas que aquí empieza Coffee Break, Señal y Ruido, la tertulia semanal sobre la actualidad científica. Hoy hablaremos del premio Nobel de Fisiología o Medicina a la tolerancia inmunitaria periférica del premio Nobel de Física al efecto túnel cuántico macroscópico y a la cuantización de la energía en unos circuitos eléctricos del premio Nobel de Química a las redes o estructuras metalorgánicas de la forma escutoide de las células de los tejidos epiteliales de las moléculas orgánicas observadas en los chorros de encelado y de mucho más de lo que tercie en esta tertulia y todo eso en un momentito, pero antes les recuerdo que tenemos una página web que es Señal y Ruido todo junto, señal con ñ porque no pasa nada, no se rompe la internet porque nosotros nos leemos los papers para que vuesa merced no tenga que leerlos Pero si vuestras…
Juan Carlos Gil introduce una definición sobre epitelios, explicando que son tejidos celulares en contacto estrecho que recubren superficies corporales o órganos internos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #12escutoides impacto mediático 2018forma escutoides naturaleza mamíferoscélulas epitelios curvados formatejido epitelial y células vecinasepitelios recubren superficies corporales…gráficamente muy muy atractiva y por supuesto con los dos nombres en grande para que todo el mundo sepa qué libro comprar y no confundirse con ningún otro que tenga la palabra cuerda, no voy a hacer que alguien acabe ahí con un manual de guitarra Juan Carlos, escutoides, ¿qué nos vas a contar de los escutoides? Sí, decías que los escutoides revolucionaron los medios por ahí por el 2018 como una forma nueva que a nadie se le había ocurrido, lo cual está muy bien y fue muy chulo, pero a mí lo que me superó, lo que me fascinó es que esa forma la tenemos encima; no tenemos todos los mamíferos y nadie la había caracterizado. ¿Qué forma tienen en general las células? Y en particular, ¿qué forma tienen las células de los epitelios curvados? Vamos a definir un par de cosas: Un epitelio es un tejido confluente, y aquí confluente significa que las células están todas en contacto estrecho, llenan completamente el espacio disponible, disponible y por tanto hay un mecanismo por el cual dejan de dividirse, salvo cuando es necesario repararlo o se crece, que recubre superficies del cuerpo o posiblemente órganos internos. Así que en estos tejidos la forma de la célula no solo depende de ella, sino de su entorno, de cómo se acomoda con sus vecinos para mantener la integridad y la función del tejido. Seguro que muchos en el cole, en el instituto, hemos visto la cebolla, el microscopio, las células epiteliales planas, bastantes alargadas, razonablemente hexagonales y formando un mosaico regular. Las células de los epitelios suelen tener con esta vista…
Juan Carlos Gil aborda la problemática de los epitelios curvados, explicando cómo su estructura difiere significativamente de la de los epitelios planos y cómo la tensión celular varía según el grado de curvatura.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2epitelios curvados y tensión celulartetradecaedros en epitelios dobladostúbulos renales con poca célulascapilares sanguíneos y curvatura altamodelo prismas epitelio curvadobase menor tronco pirámide zona apicalbase mayor tronco pirámides zona basaljuan carlos gil y epitelios curvados…el espaldarazo a esta forma geométrica, sino que se empezaba a probar que las formas de las células responden a principios físicos de minimización de energía también, porque al fin y al cabo la vida vive en un entorno físico, claro, y no es ajena a él. Vale. teníamos entonces los epitelios planos razonablemente resueltos, pero ¿qué ocurre en epitelios curvados? Si ahora cogemos un epitelio con estos tetradecaedros que hemos pensado y lo doblamos muchísimo, estamos hablando de pocas células; si la curvatura es baja, pues vale, aquello se mantiene con poca tensión. Pero si lo doblamos mucho, túbulos renales, los bronquios más pequeños, los capilares sanguíneos están formados por un puñadito de células alrededor ¿Qué ocurre? Es un problema completamente distinto. En orden cero, la extensión natural del modelo de prismas en este epitelio curvado podría ser troncos de pirámide donde la base menor del tronco de pirámide está en el interior del tubo, en el vano, lo que se llama la zona apical de la célula y la base mayor del tronco de, estoy diciendo tronco de cono, obviamente son pirámides, tronco de pirámides; la base mayor del tronco de pirámides estaría en la zona exterior del tubo que se llama zona basal, con lo cual las caras apicales y basales de las células tienen distinto tamaño pero, y esto va a ser clave para lo que viene. Esta forma de tronco de pirámide hace que se conserven los vecinos. Si abajo es un hexágono, arriba es un hexágono, las caras que los unen son sencillas y los mismos vecinos que tiene la célula por arriba los tiene por abajo. Pero esto no ocurre siempre en la…
Juan Carlos Gil explica cómo investigaciones posteriores demostraron la necesidad de reordenamientos tridimensionales en el eje apico-basal para mantener la integridad del tejido en entornos curvos, lo que implica una desviación de la forma de tronco de pirámide.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18 · Palabras #8reordenamientos tridimensionales juan carlos giltejido integridad entorno curvocélula se retuerce o se pliega…cosita se le llama intercalaciones apico-basales, bueno, un nombre extraño para un concepto bastante sencillo Lo que da el traste, a priori, si esto ocurre, las células no pueden ser troncos de pirámides que no permiten intercalaciones apico-basales Durante La década siguiente aparecieron un montón de nuevas evidencias, tanto experimentales como computacionales de que estos reordenamientos tridimensionales en el eje apico-basal eran necesarios para que el tejido conserve su integridad en el entorno curvo. En lugar de ser, de nuevo, el tronco de pirámide razonablemente recto y fácil de dibujar, la célula de alguna forma se retuerce o se pliega o yo qué sé qué le pasa para conseguir que los vecinos, las células vecinas a una dada en la parte de abajo sean distintas a la de arriba. Un verdadero puzzle y es lo que supuso un punto de inflexión en lo que ha introducido Francis en 2018 cuando el grupo de investigadores españoles, la mayoría de ellos han fincado en Sevilla dirigidos por Luisma, Luisma, Francis no Juanma creo que ha dicho…
Juan Carlos Gil describe una solución radical al problema de cómo los epitelios se organizan en tres dimensiones para mantener la curvatura, presentando una nueva forma celular llamada 'escutoides'.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8escutoides y organización epitelialnueva forma celular escutoidesintercalaciones apicobasales observadasjuan carlos gil y la solución radical…que supuso un punto de inflexión en lo que ha introducido Francis en 2018 cuando el grupo de investigadores españoles, la mayoría de ellos han fincado en Sevilla dirigidos por Luisma, Luisma, Francis no Juanma creo que ha dicho José María Luis María Escudero. Propuso una solución elegante y bastante radical al problema. Una nueva forma celular, desconocida hasta entonces, que explicaba eso, cómo los epitelios pueden organizarse en tres dimensiones para mantener la curvatura sin que haya una tensión extrema y habilitando estas intercalaciones apicobasales que se habían observado. Le llamaron escutoides y el planeta se volvió loco, no porque cambien los vecinos ni porque aparezcan la pata de la drososdila, sino porque era una nueva forma, Juan. Y eso, como decía Francis, en The New York Times, en el New Yorker, en la BBC, hasta en Forbes, hasta en un cómic de Marvel. Borja, ¿a ti te gustan los cómics? ¿Alguna vez? No sé si te he oído. Bueno, pues hay un cómic de Marvel que utiliza: me gusta, me gusta. El escutoide, en fin, y lo dibuja ahí a media página. ¿Por qué el nombre, el nombre escutoide? Yo os cuento la anécdota.…
Juan Carlos Gil explica cómo la relación entre los radios apical y basal de un tejido curvado influye en el número de vecinos de forma estadística, describiendo una curva logística con un crecimiento rápido inicial seguido de una estabilización.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11 · Palabras #4curva logística radios apical basalnúmero vecinos tejido curvadocrecimiento rápido inicial tejidosintegridad epitelios curvadosartículo abierto computational structural biotechnology journalsamira ambari primera autora artículo…ha seguido trabajando con los escutoides, como no, después de salir en Forbes y en 2020 formularon una nueva ley estadística semejante a las que os contaba de Lewis, Abubwear y Euler pero en 3D y la llamaron, también son unos cachondos, ley de los picapiedra. Dice que a medida que aumenta la curvatura o el grosor del tejido, es decir, la relación entre los dos radios apical y basal del tejido curvado aumenta también el número de vecinos de forma estadística. Y además lo hace de forma logística, muy rápido al principio y luego se llega a un plato. Vale, pues después de esta introducción. es en este contexto en el que aparece el nuevo artículo titulado Las intercalaciones apico-basales hacen posible la integridad de los epitelios curvados Ha sido publicado en abierto en marzo de este año en Computational and Structural Biotechnology Journal Una revista, creo que es de segundo cuartel Los autores son Samira Ambari, la primera autora, luego, es un gusto poder decir los nombres de los autores, que voy a acostumbrar tanto asiático, difícil de pronunciar Luego, Pedro Gómez Galvez, Pablo Vicente Munuera y Luis María Escudero, que son tres de los que son el núcleo duro que firmaron el artículo original del descubrimiento desde Sevilla Y Pedro y Pablo, he dicho Pedro Gómez, Pedro y Pablo, que yo no sé si tiene algo que ver con lo de la ley de los pica piedra Cuando estaba recordando las cosas para contarlo dije Pedro y Pablo, bueno, están en Reino Unido ahora, mientras que Luis María sigue…
Juan Carlos Gil describe un nuevo trabajo científico como una colaboración multidisciplinar que integra bioingeniería, física teórica, sistemas complejos, modelado computacional y el artículo original de 2018 sobre escutoides.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1escutoides para tejidos epitelialesbioingeniería física teórica sistemas complejosartículo original sobre escutoides 2018estabilidad mecánica de tejidos epiteliales curvados…del modelo de fuerzas, ya lo hizo entonces y ahora lo extiende de forma muy chula y es director de la tesis de Samira, la primera autora de la cual forma parte este artículo Sí, según resan este nuevo artículo, su afiliación está en Valencia ahora Exacto, Bueno, pues como el artículo original más entonces todavía, pero ahora también Este trabajo supone una colaboración multidisciplinar impresionante; integra bioingeniería, física teórica, sistemas complejos, modulado computacional y aquel del 2018. Además había una componente fuerte como hemos hablado en matemática. La pregunta concreta de este artículo es: ¿son necesarias realmente estas intercalaciones apico-basales y por tanto los escutoides para garantizar la estabilidad mecánica de los tejidos epiteliales curvados? Bueno, existen técnicas experimentales para estimar estas fuerzas en células y tejidos: ablación láser, hay unas pinzas ópticas y magnéticas que te permiten pellizcar a las células y ver cómo se recomponen, pero esas técnicas no están tan avanzadas como para…
Juan Carlos Gil explica cómo se utilizan métodos no invasivos y teóricos para inferir fuerzas en epitelios, observando imágenes de monocapas celulares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9método de potts-montecarlo en retículadiagramas de boronoi dinámico francismodelo de vértices y fuerzas epitelialesfuerza elástica conservación área celularanillos interiores fuerza contractil…se recomponen, pero esas técnicas no están tan avanzadas como para que te permitan modificar el problema del que estamos hablando. Que es las intercalaciones apicovasales; no te permiten, te hago una intercalación aquí o la cambio de sitio, eso no existe. Así que se tiende a usar métodos no invasivos, teóricos, lo que se llama inferencia mecánica observando imágenes, que en epitelios afortunadamente las tenemos porque son típicamente, y en este artículo así lo van a ser, monocapas; pues viendo la forma de las células estimar las fuerzas. Hay un método que se llama De Potts-Montecarlo que hace este trabajo en una retícula, hay uno que se llama De Voronoi Dinámico que es muy parecido a lo que ha contado Francis, pero con diferencia el más popular se llama modelo de vértices que representa un epitelio como una red de polígonos planos donde los vértices pueden moverse atendiendo a las fuerzas y tenemos tres tipos de fuerzas. La fuerza elástica, que tiende a conservar el área celular; la fuerza contractil, que es debida a los anillos interiores. De la célula de actomiosina, que tiende a reducir el perímetro. Las células tienen una tendencia por sí solas a ser más o menos redonditas, a ofrecer menos superficie. Y una fuerza adhesiva, claro, tenemos varias células juntas y por tanto en las caras…
Juan Carlos Gil explica cómo un estudio utiliza una técnica de optimización para encontrar la solución óptima al problema de descomposición de tejidos en capas, minimizando el error total absoluto mediante la norma L1.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #6norma l1 para descomposición tejidosepitelio curvo comportamiento tridimensionalvértices en equilibrio estadísticotroncos de pirámide sin intercalacionesescutoides permiten intercalaciones…sobredeterminado porque tenemos vértices para aburrir pero estamos buscando solamente fuerzas elásticas contractiles y adhesivas que son vectores en cara a cara, o sea que hay muchos menos y por tanto lo que hacen es emplear una técnica para buscar la solución óptima, pues una técnica de optimización, de minimización del error total absoluto, lo que se llama la norma L1, en vez de los mínimos cuadrados, pues minimizan la suma del valor absoluto de las diferencias. Lo que, después de todo este rollo, les permite inferir el comportamiento tridimensional del epitelio curvo y una vez que tienen la solución, los vértices en su sitio de equilibrio, pues obtener estadísticamente los parámetros biofísicos Vale, pues una vez que tenían esa estrategia para extender el modelo de vértices a tres dimensiones, lo que hicieron fue inventarse otra técnica para simular computacionalmente tubos epiteliales y van a utilizar dos tipos de formas, los troncos de pirámide que hemos hablado que no permiten intercalaciones y los escutoides que sí las permiten. El artículo describe largo y tendido cómo generan esos modelos a partir de una distribución de nodos, de puntos al azar en la superficie interna del tubo, en la apical sobre la que se construyen el diagrama de polígonos de Voronoi. Que lo ha contado Francis,…
Juan Carlos Gil resume cómo se analiza la variación de la contractibilidad celular y la adhesión entre células vecinas, relacionándolo con la geometría celular (troncos de cono o escutoides) y el tipo de tejido (escamoso o columnar). En los epitelios escamosos, los modelos con y sin escutoides muestran resultados energéticos similares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7troncos de pirámide tubitos epitelialesescutoides proyección centro polígonoalgoritmos boronoides relajamiento joycediagramas artículo en abiertoepitelios escamosos relación altura-anchuratejidos monocapa estudio 200 célulascontractibilidad celular y adhesióngeometría celular troncos de conotejido epitelial escamoso columnarmodelos escutoides resultados energéticos…este mallado que tenemos de la cara apical lo tenemos que proyectar a la basal para tener poliedros y esto lo hacen de dos formas: primero, simplemente proyectando los vértices, con lo cual si abajo tenías un pentágono, arriba tienes otro pentágono más gordo. Con lo cual da lugar a troncos de pirámide. Esta es la forma en la que construyen los tubitos hechos por troncos de pirámide y el de los escutoides es más complicado. En vez de proyectar los vértices, proyectan el centro del polígono. Lo suben arriba y una vez que lo tienen donde lo quieren, en la otra cara, rehacen el algoritmo este de los boronoides y del relajamiento de Joyce. Y eso da lugar a los boronoides. De nuevo, es difícil transmitir las sensaciones con palabras pero el artículo está profusamente ilustrado con un sinfín de diagramas y es en abierto. Dos fórmulas de las células, troncos de pirámide y escutoides y además dos tipos de tejido para investigar. Primero, Epitolias escamosos donde las células son bastante planas utilizan un parámetro que es la relación altura-anchura y para estas es de 1,5; son sólo 1,5 veces más altos que anchos y por otra parte epitelios columnares donde esta relación de forma es de 4. Todos los tejidos del estudio son monocapa y tienen 200 células. ¿Qué obtenemos? Pues se trata de variar, de analizar cómo varían la contractibilidad, es esta tendencia de la célula a reducir su perímetro y la adhesión, las fuerzas que nos mantienen caras pegadas con las vecinas en función tanto de la geometría celular, recordad, troncos de cono o escutoides, y del tipo de tejido, que podemos llamar escamoso o columnar. Y esto lo resumo mucho. En epitelios escamosos, en los planitos, en los que las células son tipo loseta, ambos modelos, con y sin escutoides, dan resultados energéticos muy semejantes. Es decir, las intercalaciones estas extrañas no aportan una ventaja física clara cuando las celulitas son muy planas y efectivamente, experimentalmente se ha observado que no suelen aparecer escutoides en este tipo de tejidos. Pero en los tejidos columnares,…
Juan Carlos Gil, con la participación de Francis Villatoro, utiliza la analogía de un flan para explicar cómo funcionan las troncos de pirámide en relación con la estabilidad de los tejidos epiteliales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #3adhesión celular baja para estabilidadtensiones de cizalla en tejidostroncos de pirámide y deformacióntroncos pirámide epitelios células altitasintercalaciones escutoides sistema estableadhesión fuerte fuerzas repartidasflan movimiento sisaya juan carlos gil…física clara cuando las celulitas son muy planas y efectivamente, experimentalmente se ha observado que no suelen aparecer escutoides en este tipo de tejidos. Pero en los tejidos columnares, donde las celulitas son más elongadas, los modelos dan muy distinto. En este caso, si se impiden las intercalaciones, es decir, con los troncos de pirámide, el tejido solo es estable cuando la adhesión entre las células es muy baja. Solamente en ese caso las fuerzas se compensan, tanto que dicen los autores no es realista para un tejido funcional; se nos desmonta el chiringuito. Hacen también un análisis de las tensiones de cizalla, las de, en fin, estas así, no sé cómo decirlo con palabras, las que van en un solo plano en sentidos contrarios y en este caso con troncos de pirámide el tejido claramente se deformaría; o sea es completamente inestable. Sin embargo, las fuerzas de cizalla se Explican muy bien cuando tienes un flan, sabéis que el flan se mueve, entonces está en el plato. Si tú apoyas una cuchara o lo que sea en la parte superior del flan, el flan como que lo mueves de un lado para otro y se sisaya el flan. Ese movimiento del flan con la base fija de la parte de arriba es un movimiento de sisaya. Pues eso, las troncos de pirámide no nos valen para estos epitelios con células más altitas. Sin embargo, cuando se permiten las intercalaciones con los escutoides, como ya de esperar, todo mejora. La adhesión es fuerte, el sistema es estable, las fuerzas se reparten estupendamente y el tejido resultante, el equilibrio de fuerzas, dicen los autores, pues que se parece más, mucho más a un tejido sano y funcional. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Bueno, primero por sus dos aportaciones metodológicas: desarrollan un método para simular epitelios curvados con múltiples geometrías, así como una estrategia, en mi opinión,…
Juan Carlos Gil explica que los escutoides son una necesidad física inevitable en tejidos epiteliales curvados o gruesos, especialmente importantes en tejidos columnares para evitar tensiones y deformaciones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #2escutoides en tejidos columnarestensiones y deformaciones epitelialesadhesión de tejidos escamososjuan carlos gil y escutoides…curvados con múltiples geometrías, así como una estrategia, en mi opinión, brillante, muy chula para extender este modelo de vértices a tres dimensiones. Segundo, porque el resultado principal, si alguien tenía dudas, es contundente: los escutoides no Son una rareza geométrica extraña, ni una curiosidad biológica, sino realmente una necesidad física inevitable cuando un epitelio se curva más o se hace más grueso. En tejidos escamosos no hace tanta falta, pero en tejidos columnares es imprescindible porque si no el tejido no aguantaría, no haya suficiente adhesión, se acumularían tensiones y se deformaría y se nos romperían las venas, los capilares, si no tuviésemos escutoides. Y tercero, Por una cuestión personal, tengo un cariño especial a los poliedros de Boronoi o a los boros, los llamábamos así, en el grupo de José Luis Fernández Abascal, JL, en el que empecé mi carrera investigadora. Antes de hacer mi tesis en polielectrolitos,…
José Edelstein y Juan Carlos Gil discuten cómo los diagramas de Boronoi resuelven problemas relacionados con el crecimiento celular y la formación de tejidos.
Habla: José EdelsteinSignificado #14 · Palabras #5diagramas boronoi y crecimiento celularhexágono inestable tejido rígidopanal de las abejas como tejidoprismas hexagonales regulares plano…uno diría circulares. Tienen que ser circulares, pues es lo más simétrico, pareciera algo que tiene más sentido. Sin embargo, cuando uno hace los cálculos resulta que son elípticas, genéricamente, ¿no? Me pregunto si aquí no pasa algo parecido, o sea. cuando empiezan a crecer las células, de alguna manera el diagrama de Boronoi justamente resuelve ese problema, ¿no? Son moviendo las membranas democráticamente entre todas las células lo más lejos que pueden y forman diagrama de Boronoi. Pero una posibilidad sería el hexágono, evidentemente Solo que el hexágono debe ser tremendamente inestable No permite que el tejido, dejaría un tejido rígido, no se puede curvar ¿Tiene sentido? Si no se curva el hexágono, y todos pensamos en el panal de las adejas Pues es perfectamente plausible Un número infinito de prismas hexagonales regulares rellenan el plano de forma precisa Ahora ponte a curvarlos Claro, si no se curvan tendríamos, eso sería para un universo en el cual haya seres Un universo bidimensional Claro, bidimensionales. Como esa, ahora no lo recuerdo; esa novela de ciencia ficción donde había seres viviendo en la superficie de una estrella de neutrones. Ah, superficie de neutrones, un flatland astronómico. Yo iba a decir flatland. Pues sí, pues. Pero…