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(noticias nanowerk) Para sobrevivir, los organismos deben controlar la presión dentro de sí mismos, desde el nivel de una sola célula hasta los tejidos y órganos. Medir estas presiones en células y tejidos vivos en condiciones fisiológicas es un desafío.
Científicos del Grupo de Excelencia de Física de la Vida (PoL) de la Universidad Técnica de Dresde (TU Dresden) informan en la revista sobre una investigación que se originó en la UC Santa Bárbara. comunicación de la naturaleza (“Cuantificación in situ de la presión osmótica en tejidos embrionarios vivos”), una nueva técnica para “visualizar” estas presiones durante el desarrollo del organismo. Estas mediciones pueden ayudar a comprender cómo las células y los tejidos sobreviven bajo presión y mostrar cómo los problemas que regulan la presión provocan enfermedades.
Cuando las moléculas disueltas en agua se dividen en diferentes compartimentos, el agua tiende a fluir de un compartimento a otro para igualar sus concentraciones, proceso conocido como ósmosis. Si algunas moléculas no pueden atravesar la membrana que las separa, se produce un desequilibrio de presión entre los compartimentos: la presión osmótica. Este principio es la base de muchas aplicaciones técnicas, como la desalinización de agua de mar o el desarrollo de humectantes. Resulta que mantener un organismo sano y funcional también está en la lista.
Nuestras células mueven constantemente moléculas hacia adentro y hacia afuera para evitar que la acumulación de presión las destruya. Para ello utilizan bombas moleculares que les permiten mantener la presión bajo control. Esta presión osmótica influye en muchos aspectos de la vida celular e incluso determina su tamaño.
Cuando las células se unen para construir nuestros tejidos y órganos, también se enfrentan a un problema de presión: nuestro sistema vascular u órganos como el páncreas o el hígado contienen cavidades llenas de líquido llamadas 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 por qué no lo hacen en las enfermedades, es importante medir y «ver» la presión osmótica en los tejidos vivos. Pero lamentablemente esto no fue posible.
Hasta ahora.
Bajo el liderazgo del ex profesor de la UCSB Otger Campàs, que ahora ocupa la cátedra de dinámica de tejidos en TU Dresden y actualmente es director general de PoL, los científicos desarrollaron una técnica novedosa para medir la presión osmótica en células y tejidos vivos utilizando gotitas especiales, por lo que llamadas emulsiones dobles. Para este sensor de presión, colocaron una gota de agua dentro de 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 se igualó la presión. Los investigadores demostraron que la presión osmótica se puede medir simplemente midiendo el tamaño de las gotas. Luego introdujeron estas gotas dobles en células y tejidos vivos utilizando microcapilares de vidrio para determinar su presión osmótica.
“Resulta que las células de los tejidos animales tienen la misma presión osmótica que las vegetales, pero a diferencia de las plantas, tienen que equilibrarla constantemente con su entorno para evitar una explosión, ya que no tienen paredes celulares rígidas”, afirma Campàs.
Con este concepto simple y este método ingenioso, los científicos ahora pueden «ver» la presión osmótica en una variedad de entornos. “Sabemos que varios procesos físicos influyen en el funcionamiento de nuestro cuerpo”, afirma Campàs. “ Se sabe que la presión osmótica, en particular, 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 tejidos vivos”.
Este método no solo proporciona información sobre los procesos biológicos y los principios físicos que gobiernan la vida, sino que también tiene aplicaciones industriales y médicas prometedoras, incluido el control de la humedad de la piel, la caracterización de cremas o alimentos y el diagnóstico de enfermedades que se sabe que existen y que tienen un desequilibrio. de presión osmótica, como: B. enfermedades cardiovasculares o tumores. La patente de esta técnica la concede actualmente la UC Santa Bárbara, donde Campàs llevó a cabo su investigación antes de venir a la TU Dresden.
El laboratorio de Campàs desarrolló previamente técnicas únicas para medir las pequeñas fuerzas generadas por las células en el tejido, así como otras propiedades físicas, utilizando pequeñas gotas individuales. Antoine Vian, autor principal del artículo y experto en microfluidos, la tecnología que permite la creación de 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 ciertamente permitirá descubrimientos nuevos y emocionantes”.
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