El desarrollo de alvéolos en organoides derivados del tejido de la glándula mamaria sigue los mismos principios físicos que la formación de gotitas discretas en un chorro de agua.

Muchos de los sistemas de órganos que se encuentran en los animales exhiben estructuras muy complejas, que son esenciales para sus diversas funciones. Cómo se desarrollan estas estructuras durante el desarrollo embrionario es una cuestión central en biología. Los físicos dirigidos por Erwin Frey (profesor de física estadística y biológica en LMU Munich) y Andreas Bausch (profesor de biofísica celular en la Universidad Técnica de Munich) investigaron este problema fundamental utilizando mini órganos denominados organoides como su sistema experimental. El equipo se centró en los "alvéolos" esféricos en los que terminan los conductos de la glándula mamaria lactante. El estudio demostró en detalle que estos alvéolos se forman según los mismos principios que las gotas en un chorro de agua que sale de una manguera.

El trabajo experimental se llevó a cabo en el laboratorio de Bausch y utilizó organoides de glándulas mamarias cultivados en cultivo a partir de tejido humano extirpado. Los organoides son sistemas de modelos tridimensionales que exhiben muchas de las propiedades fisiológicamente relevantes del órgano del que se originaron. Por lo tanto, Los organoides de las glándulas mamarias forman conductos que se ramifican en grupos de estructuras más pequeñas en forma de tubo, cada uno de los cuales termina en un saco esférico o alvéolo. Esta arquitectura es típica de la glándula mamaria humana lactante, pero también se encuentra en muchos otros órganos, incluido el pulmón. Bausch y su grupo lograron por primera vez seguir la dinámica de crecimiento de los mini órganos durante varios días mediante microscopía de lapso de tiempo. Además, Investigaron la respuesta micromecánica del tejido en desarrollo al tejido localizado, ablación de células inducida por láser.

Usando esta estrategia, los investigadores pudieron relacionar la formación de los alvéolos esféricos con un cambio en la dirección del movimiento de las células en el tejido en desarrollo. Las células de cada túbulo están en constante movimiento. tirando de sus vecinos inmediatos. En primer lugar, colectivamente migran hacia adelante y hacia atrás a lo largo de las paredes de los túbulos. "Pero en algún momento, las células en las puntas de los túbulos comienzan a seguir un curso de rotación. Este cambio de comportamiento, asociado con las interacciones entre células vecinas, luego se propaga posteriormente hasta que todas las células cercanas a la punta de una rama comienzan a rotar como un colectivo, "dice Andriy Goychuk, miembro del grupo de investigación de Erwin Frey y primer autor conjunto de la publicación. Sus compañeros Pablo Fernandez y Benedikt Buchmann en el grupo de Andreas Bausch, quién realizó los experimentos de ablación, explique lo que sucede de la siguiente manera. "Las células ya no ejercen la misma fuerza en todas las direcciones, lo que resulta en una alteración en sus trayectorias. Mientras que las células que alternan entre el movimiento hacia adelante y hacia atrás ejercen más fuerza en la dirección del eje del tubo que alrededor de su circunferencia, ese ya no es el caso de las células que siguen un curso de rotación. Gracias a la mayor tensión de tracción a lo largo de la circunferencia, la punta de cada tubo se convierte en una protuberancia esférica ".

Según los autores, el modo de formación de las protuberancias esféricas es análogo al mecanismo responsable de la formación de gotas en un chorro de agua. Como las células del organoide en desarrollo, la superficie del chorro de agua está bajo tensión. Todos los objetos que están sujetos a una fuerza de tracción intentan minimizar su superficie. Dado que el área de la superficie de una esfera es menor que la de un cilindro, el chorro de agua se rompe en gotitas discretas, y en el tejido de la glándula mamaria, la rotación de las células principales altera el equilibrio de fuerzas en las ramas tubulares de tal manera que se vuelven inestables, como en el caso del chorro de agua, y forman protuberancias esféricas. "Este modelo teórico proporciona un marco importante para el análisis de transformaciones geométricas más complicadas en tejidos biológicos, como las que ocurren durante el desarrollo de las glándulas salivales, el páncreas, el riñón y el pulmón, "dice Frey.