Cierran las pequeñas heridas en cuestión de minutos, las más grandes sanan en menos de una hora
Hace una década, durante el verano, en el Laboratorio de Biología Marina, Jocelyn Malamy observó por primera vez cómo las células de las medusas "caminaban" unas hacia otras para cerrar una herida.
Malamy, profesora asociada de genética molecular y biología celular en la Universidad de Chicago, había recibido medusas transparentes del tamaño de una moneda de diez centavos de la especie Clytia hemisphaerica del laboratorio de Evelyn Houliston en el Observatorio Marino de Villefranche.
La medusa, la forma de vida libre que la mayoría de la gente imagina cuando oye el término medusa, es solo una etapa del ciclo de vida de este animal.
"Los clitios son hidrozoos, por lo que en su mayoría existen como colonias de pólipos que crecen a lo largo de la superficie de las rocas, en los muelles o en el envés de las hojas sumergidas", dice Malamy.
En algún momento de su ciclo vital, la colonia comenzará a liberar medusas juveniles. De esta manera, las medusas de Clytia se asemejan mucho a las flores, mientras que los pólipos son como los arbustos que las producen. Solemos pensar en la flor —la medusa— como un organismo, pero en realidad se trata de unidades reproductivas.
La forma primaria es el arbusto; en el caso de Clytia, la colonia de pólipos. Al igual que las flores, las medusas son efímeras, sobreviviendo apenas unos meses. Sin embargo, las colonias de pólipos que las producen pueden persistir indefinidamente, como un arbusto perenne que florece año tras año.
Vídeo: Extensión de lamelipodios seguida de contracción del cable de actomiosina. Las imágenes se capturaron cada 11 segundos. Velocidad de fotogramas: 7 fotogramas por segundo. Crédito: Jocelyn Malamy
Un eficaz proceso de reparación
A diferencia de otros organismos, las medusas Clytia pueden reparar los daños con tal rapidez que se puede observar cómo se cierran las pequeñas heridas en cuestión de minutos. Las heridas más grandes sanan en menos de una hora, una velocidad de recuperación con la que los humanos solo podemos soñar.
Y a diferencia de los humanos, no se forma tejido cicatricial. En cambio, Malamy afirma que "la curación en las medusas se asemeja más a la curación embrionaria, que no deja cicatrices".
Estas características convierten a Clytia en una ventana única para el estudio de la cicatrización de heridas. Las medusas son transparentes, lo que permite a los investigadores observar en tiempo real el movimiento de las células en animales vivos. Sus heridas cicatrizan rápidamente y, a diferencia de los mamíferos, carecen de un sistema inmunitario que desencadene inflamación alrededor de la herida o regeneración capilar que dificulte la comprensión de los mecanismos básicos de reparación. Como resultado, los científicos pueden observar cómo unen las células epiteliales los tejidos dañados.
Y lo que es aún más importante, muchos de los mecanismos fundamentales de la cicatrización de heridas parecen conservarse.
"Muchos de los procesos que vemos en la cicatrización de las heridas de Clytia son realmente similares a los que se ven en todos los demás sistemas, incluidos los sistemas de los mamíferos", explica Malamy. De hecho, añade: "Al observar estas células epiteliales, uno no se daría cuenta de que se trata de una medusa. Podría ser cualquier tipo de lámina de células epiteliales escamosas, y eso es bueno, porque significa que, con suerte, lo que aprendamos sobre las medusas nos podrá brindar valiosa información sobre otros animales".
Vídeo: Una estructura de actomiosina, similar a un cordón, tira de las células a través de una región donde la membrana basal está dañada. Las imágenes se capturaron cada 11 segundos. Velocidad de fotogramas: 7 fotogramas por segundo. Crédito: Jocelyn Malamy
Dos estructuras, una secuencia
Las células epiteliales cubren todas las superficies del cuerpo. Forman nuestra piel y recubren el interior de tejidos como el intestino. Dado que tanto la piel como los tejidos epiteliales internos se dañan con frecuencia y deben repararse, constituyen un foco clave de la investigación sobre la cicatrización de heridas.
Malamy caracterizó por primera vez la curación de heridas epiteliales de Clytia en 2017 en un trabajo iniciado con un grupo de estudiantes mientras era becaria Whitman en el Laboratorio de Biología Marina (MBL), y en 2018 amplió ese trabajo en un artículo del que fue coautora con Michael Shribak, miembro de la facultad de MBL.
El nuevo artículo de Malamy utiliza Clytia para abordar la confusión existente en este campo sobre los diversos mecanismos que se ha demostrado que curan las heridas epiteliales en diferentes organismos, y heridas de diferentes tamaños y formas. Ella demuestra que toda la cicatrización epitelial en Clytia está impulsada por dos estructuras celulares clave que actúan en secuencia para cerrar una herida y define un mecanismo que explica cómo se coordinan estas estructuras en todo tipo de heridas.
Las primeras estructuras que se forman en respuesta a una herida son los lamelipodios, que Malamy describe como "extensiones celulares ricas en actina, similares a pies". Estas estructuras sensoriales actúan como exploradoras y tienen un movimiento casi fluido, similar al de las amebas. Los lamelipodios se extienden desde las células en el borde de las heridas y se arrastran a través de la membrana basal, "una capa de proteína que se encuentra debajo de todas las células epiteliales en todos los sistemas", explica.
Mientras "caminan", arrastran hacia adelante las células que las produjeron, estirando finalmente el cuerpo celular sobre una herida para cerrarla. Malamy demuestra en su nuevo artículo que estos lamelipdodios se forman incluso en pequeñas heridas internas de una sola célula, una novedosa observación.
Vídeo: La imagen a bajo aumento (10X) muestra la cicatrización de una gran herida. La migración celular colectiva permite que los lamelipodios de las células marginales se encuentren a través del espacio de la herida, seguida de una contracción del cable de actomiosina. Las imágenes se capturaron cada 11 segundos. Crédito: Jocelyn Malamy
Cuando el cable toma el control
A medida que avanzan los lamelipodios, entra en acción un segundo mecanismo de cicatrización: se forma un cable de actomiosina en la parte posterior de los lamelipodios mientras se desplazan. Tan pronto como los lamelipodios cubren la membrana basal, el cable se activa y se contrae.
La estructura de filamentos de actomiosina es especialmente importante si la membrana basal está dañada. "Si los lamelipodios se topan con restos o una rotura en la membrana basal y no pueden avanzar", explica Malamy, "el filamento de actina puede guiar a las células por encima del daño en la membrana basal y expulsar los restos de la herida".
Imagen derecha: Imágenes de microscopía confocal de pequeñas heridas dentro y entre las células epiteliales de Clytia. La tinción de actina con faloidina revela los lamellipodios (verde) y Cytoliner (Biotium) tiñe las membranas (rojo). Crédito de la imagen: Jocelyn Malamy.
Mientras haya una membrana basal, los lamelipodios avanzarán, pero si la herida es demasiado grande, por mucho que los lamelipodios estiren sus células, no se alcanzarán entre sí. Esto desencadena una migración celular colectiva, en la que toda la capa de epitelio "se eleva y comienza a desplazarse", explica Malamy. Una vez que los lamelipodios de las células frontales se encuentran, esta gran herida puede cerrarse del mismo modo que las heridas más pequeñas.
"Se trata de un mecanismo verdaderamente elegante mediante el cual el sistema puede adaptarse rápidamente para curar todo tipo de heridas que puedan producirse en la naturaleza", afirma Malamy.
Malamy planea ahora examinar los mecanismos que impulsan la reparación de la membrana basal. "Es estupendo que se pueda curar una herida arrastrando las células sobre ella", explica, "pero en algún momento, una membrana basal dañada tiene que repararse". Espera averiguar cómo sucede eso en Clytia, ya que actualmente no está claro cómo se produce la reparación de la membrana basal en ningún sistema.
El estudio se ha publicado en la revista Molecular Biology of the Cell: The basement membrane determines the choice of wound healing mechanism across wound scales in the basal eukaryote Clytia hemisphaerica
