Para sobrevivir, los organismos deben controlar la presión en su interior, desde el nivel unicelular hasta los tejidos y órganos. Medir estas presiones en células y tejidos vivos en condiciones fisiológicas es un desafío.

En una investigación que tiene su origen en la UC Santa Bárbara, científicos del Grupo de Excelencia Física de la Vida (PoL) de la Universidad Técnica de Dresde (TU Dresden), Alemania, informan en la revista Nature Communications sobre una nueva técnica para ‘ visualizar ‘ estas presiones a medida que los organismos se desarrollan. Estas mediciones pueden ayudar a comprender cómo las células y los tejidos sobreviven bajo presión y revelar cómo los problemas en la regulación de las presiones conducen a enfermedades.

Cuando las moléculas disueltas en agua se separan en diferentes compartimentos, el agua tiende a fluir de un compartimento a otro para equilibrar sus concentraciones, un proceso conocido como ósmosis. Si algunas moléculas no pueden cruzar la membrana que las separa, se genera un desequilibrio de presión (presión osmótica) entre los compartimentos.

Este principio es la base de muchas aplicaciones técnicas, como la desalinización de agua de mar o el desarrollo de cremas hidratantes. Resulta que mantener un organismo que funcione de forma saludable también figura en la lista.

Nuestras células mueven constantemente moléculas hacia adentro y hacia afuera para evitar que la presión acumulada las aplaste. Para ello utilizan bombas moleculares que les permiten mantener la presión bajo control. Esta presión osmótica afecta muchos aspectos de la vida de las células e incluso determina su tamaño.

Cuando las células se unen para construir nuestros tejidos y órganos, también enfrentan un problema de presión: nuestro sistema vascular, u órganos como el páncreas o el hígado, contienen cavidades llenas de líquido conocidas como luces que son esenciales para su función. Si las células no logran controlar la presión osmótica, estas luces pueden colapsar o explotar, con consecuencias potencialmente catastróficas para el órgano.

Para comprender cómo las células regulan la presión en estos tejidos, o cómo no lo hacen en las enfermedades, es esencial medir y “ver” la presión osmótica en los tejidos vivos. Pero lamentablemente esto no fue posible.

Hasta ahora.

Dirigidos por el ex profesor de la UCSB Otger Campàs, que ahora ocupa la Cátedra de Dinámica de Tejidos en la TU Dresden y actualmente es el director general de PoL, los científicos idearon una técnica novedosa para medir la presión osmótica en células y tejidos vivos mediante el uso de gotitas especiales conocidas como emulsiones dobles.

Para este sensor de presión, introdujeron una gota de agua en una gota de aceite que permite que el agua fluya. Cuando estas “gotas dobles” se expusieron a soluciones salinas de diferentes concentraciones, el agua entró y salió de la gota de agua interna, cambiando su volumen, hasta que las presiones se equilibraron. Los investigadores demostraron que la presión osmótica se puede medir simplemente comprobando el tamaño de la gota. Luego introdujeron estas gotas dobles en células y tejidos vivos utilizando microcapilares de vidrio para revelar su presión osmótica.

“Resulta que las células de los tejidos animales tienen la misma presión osmótica que las vegetales pero, a diferencia de éstas, deben equilibrarla constantemente con su entorno para evitar explotar, ya que no tienen paredes celulares rígidas”, afirma Campàs.

Con este concepto simple, este ingenioso método ahora permite a los científicos “ver” la presión osmótica en una amplia gama de entornos. “Sabemos que varios procesos físicos afectan al funcionamiento de nuestro cuerpo”, afirma Campàs. “En particular, se sabe que la presión osmótica desempeña un papel fundamental en la construcción de órganos durante la embriogénesis, y también en el mantenimiento de órganos adultos sanos. Con esta nueva técnica, ahora podemos estudiar cómo la presión osmótica afecta todos estos procesos directamente en los seres vivos. tejidos.”

Más allá de ofrecer información sobre los procesos biológicos y los principios físicos que gobiernan la vida, este método tiene aplicaciones industriales y médicas prometedoras , incluido el control de la hidratación de la piel, la caracterización de cremas o alimentos y el diagnóstico de enfermedades que se sabe que tienen desequilibrios de presión osmótica, como las enfermedades cardiovasculares o tumores. La patente de esta técnica la está concediendo actualmente la UC Santa Bárbara, donde Campàs realizó su investigación antes de incorporarse a la TU Dresden.

El laboratorio de Campàs desarrolló previamente técnicas únicas para medir las pequeñas fuerzas que crean las células dentro de los tejidos y también propiedades físicas adicionales utilizando minúsculas gotas individuales. Antoine Vian, autor principal del trabajo y experto en microfluidos, la tecnología que permite generar gotas de doble emulsión, destacó su papel clave.

“Las emulsiones dobles son muy versátiles y tienen muchas aplicaciones diferentes en ciencia y tecnología”, afirmó. “Las gotas individuales pueden deformarse, pero son incompresibles y no permiten medir la presión. Por el contrario, las gotas de doble emulsión pueden cambiar de tamaño y usarse como sensores de presión osmótica . Su uso en sistemas vivos seguramente permitirá nuevos y emocionantes descubrimientos”.

Fuente: phys.org