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Francis VillatoroJuan Carlos GilJosé EdelsteinGastón GiribetBorja Tosarablación láser en células y tejidospinzas ópticas y magnéticas para célulasintercalaciones apicovasales sin modificarmétodo de potts-montecarlo en retículadiagramas de boronoi dinámico francismodelo de vértices y fuerzas epitelialesfuerza elástica conservación área celularanillos interiores fuerza contractilcélulas tienden a ser redonditasfuerza adhesiva entre célulasequilibrio determina la fórmula celularmodelo de vértices en tres dimensionesJuan Carlos GilFrancis VillatoroDe Potts-MontecarloDe Voronoi Dinámico
Fuerza adhesiva entre células
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo las células tienden a ser redondas para minimizar su superficie y cómo existen fuerzas adhesivas entre ellas.
…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 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 compartidas pues hay allí tensión y esta fórmula, esta fuerza tiende a favorecer que se conserven esos contactos que tenemos. El equilibrio de todas ellas es lo que determina la fórmula de la célula, pues claro, es más fácil decirlo que hacerlo. Si habían hecho extensiones a tres dimensiones del modelo de vértices es muy Complicado, se había hecho de forma muy burda. Típicamente se cogían las células estas prismáticas sin curvatura ni nada y se resolvía el problema sin tener en cuenta la obvia anisotropía, cosas que ocurren a lo largo del eje apico basal. Se habían hecho…
Significado #1 · Palabras #1
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 #14tejido epitelial y células vecinasepitelios recubren superficies corporales…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 continúa explicando cómo los patrones celulares observados en dos dimensiones se proyectan en tres dimensiones, sugiriendo una forma prismática como solución inicial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8patrones celulares en dos dimensionesproyección prismática de hexágonosminimización superficie sistemas físicos…células que tienen pocos lados. Finalmente, hay una ley que se llama de Euler en este contexto; hay otras muchas leyes de Euler, que dice que el promedio de los lados de las células de los epitelios es precisamente 6. 6 es la moda, la mediana y el promedio. Pero todo esto que estaba bastante trillado es en dos dimensiones. ¿Qué pasa? ¿Qué hacen estas células en tres dimensiones? Bueno, pues lo lógico en orden cero es pensar que estos polígonos sencillos, estos hexágonos, pues se proyectan en forma de prismas, ¿no? Es lo primero que se te ocurre Y es razonable, así se rellena el espacio, pero hay un problema, hay una situación añadida y es que las células deben tender además a minimizar la superficie porque en general cualquier sistema físico tiende a reducir la tensión superficial. Y este problema ya fue planteado y discutido a finales del siglo XIX por Lord Kelvin, el monstruo de la termodinámica, a quien debemos la escala de temperatura absoluta, la racionalización del segundo principio y... Puedo agregar una cosa que le debemos a…
Juan Carlos Gil explica cómo se encontraron formas celulares específicas en la piel del oído de un ratón, lo que respaldó una forma geométrica particular y sugirió que las formas celulares responden a principios físicos de minimización de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7formas celulares piel oído ratónprincipios físicos minimización energíacélulas responden principios físicos…y luego dos hexágonos grandes y luego para conectar cada lado de ese hexágono con el otro, en vez de bajar directamente con un prisma, pues tiene dos caritas, forma un nuevo; pero esas caras, algunas son cuadradas y otras son hexagonales. Es una chulada. Que se descubrieron estas formas de células en la piel del oído del ratón, con lo cual no solo se daba 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…
Francis Villatoro explica cómo un autor físico y su grupo de biofísica investigaron la minimización de energía en la forma de los escutoides, descubriendo que esta estructura geométrica reduce la energía y las tensiones al permitir que células se adhieran.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4escutoides y minimización de energíaenergía mínima en forma escutoidecélulas adheridas a escutoidespompas de jabón y energía potencialinvestigación grupo juan carlos gilescutoides en el ratóntensión superficial células…jamón. Pompas de jamón, sometidas a curvatura entre un par de cristales curvados, ya sabéis que de nuevo la naturaleza tiende a funcionar como, a trabajar como ordenadores, las pompas tienden a reducir a minimizar la superficie total, la tensión superficial. Y se encontraron escutoides. El autor físico, que tiene un grupo de biofísica, estudió cómo minimizar la energía en la forma de los escutoides y fue como descubrió que eran una forma: la superficie de esta estructura geométrica minimiza la energía y minimiza las tensiones con las, porque son diferentes piezas como células que se van pegando. Una célula está rodeada de otras piezas del mismo tipo y eso minimiza la energía mecánica con lo que hay una justificación física de la aparición de esta forma y por eso se buscó en burbujas, en pompas de jabón porque las pompas de jabón adquieren formas que minimizan la energía potencial de interacción entre las diferentes pompas. Eso es con lo cual se vio que claramente. La tensión superficial jugaba un papel importante, pero las células tienen otras fuerzas y es en lo que ha evolucionado el grupo de investigación y es un poco del trabajo que vamos a hablar. Bueno, a partir de aquí, y ya han pasado cuántos, siete años, pues se han encontrado escutoides en todos los lados, en el ratón, en el pez cebra, en drosofila, en embriones de estrellas de mar lo que de alguna forma respalda que es una forma que ha adoptado la naturaleza para resolver el problema del empecretamiento de los epitelios uruados ¿Cómo son los escutoides? Hemos hablado de prismas,…
Juan Carlos Gil explica cómo las células tienden a ser redondas para minimizar su superficie y cómo existen fuerzas adhesivas entre ellas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1ablación láser en células y tejidospinzas ópticas y magnéticas para célulasintercalaciones apicovasales sin modificarmétodo de potts-montecarlo en retículadiagramas de boronoi dinámico francismodelo de vértices y fuerzas epitelialesfuerza elástica conservación área celularanillos interiores fuerza contractilcélulas tienden a ser redonditasfuerza adhesiva entre célulasequilibrio determina la fórmula celularmodelo de vértices en tres dimensiones…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 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 compartidas pues hay allí tensión y esta fórmula, esta fuerza tiende a favorecer que se conserven esos contactos que tenemos. El equilibrio de todas ellas es lo que determina la fórmula de la célula, pues claro, es más fácil decirlo que hacerlo. Si habían hecho extensiones a tres dimensiones del modelo de vértices es muy Complicado, se había hecho de forma muy burda. Típicamente se cogían las células estas prismáticas sin curvatura ni nada y se resolvía el problema sin tener en cuenta la obvia anisotropía, cosas que ocurren a lo largo del eje apico basal. Se habían hecho…
Juan Carlos Gil explica cómo se está formulando un sistema de equilibrio de fuerzas completo, destacando que este es sobredeterminado debido a la gran cantidad de vértices considerados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #2sistema equilibrio de fuerzas sobredeterminadofuerzas elásticas contractiles y adhesivastécnica para búsqueda de fuerzas…largo del eje apico-basal, que es una aproximación perfectamente razonable de lo que sabemos experimentalmente de los epitelios, pero lo que sí varía y es lógico es la contractilidad, y ese es uno de los targets que vamos a tratar de obtener en el análisis. Se formula el sistema de equilibrio de fuerzas completo, hay que darse cuenta de que es un sistema fuertemente 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…
Juan Carlos Gil explica cómo la estabilidad del tejido depende de la adhesión entre células cuando se impiden las intercalaciones con troncos de pirámide.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #8contractibilidad celular y adhesióngeometría celular troncos de conotejido epitelial escamoso columnarmodelos escutoides resultados energéticosescutoides en tejidos columnarescelulas planas sin ventaja fisicamodelos de page para tejidosadhesión 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…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, 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 #10escutoides 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,…