Susana Márquez, tesista del centro, rindió el viernes pasado el examen con el que obtuvo el grado de Magíster en Ciencias con Mención en Física.
Las Escuelas de Verano que hizo cada enero, durante sus años de Enseñanza Media, marcaron su interés por la ciencia. Aunque fue motivada inicialmente por sus padres, Susana Márquez rápidamente encontró allí un espacio propio.
El paso siguiente y lógico, tras salir del colegio y dar la PSU, fue postular a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. “Me gustaban las ciencias y matemáticas, en general, así que entré a la facultad al plan común”, cuenta.
Optó por la Física, sacó su licenciatura y este viernes 24 de agosto dio un nuevo paso: rindió el examen con el obtuvo el grado de Magíster en Ciencias con Mención en Física con la tesis “Modelos físicos de migración en células con morfología no polarizadas”, bajo la guía del profesor y director del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, Rodrigo Soto.
Nuevas preguntas
En su tesis, Susana Márquez estudió las migraciones celulares en dos sistemas diferentes (peces cebra y anual) y propuso modelos físicos que en combinación con datos experimentales y simulaciones numéricas buscan reproducir los fenómenos observados con el fin de entenderlos con mayor profundidad y plantear nuevas preguntas de estudio.
“Lo importante de estos trabajos es que ayudan a entender sistemas biológicos complejos que están siendo estudiados y observados con múltiples objetivos. Nosotros, los físicos, podemos dar una nueva perspectiva a esos estudios biológicos al proponer modelos físicos para estudiar fenómenos biológicos, lo que permite hacer muchas preguntas que los biólogos no pueden hacer en sus experimentos”, dice Susana Márquez.
De hecho, su área de interés es la física aplicada a la biología, donde además de las migraciones celulares, se están estudiando múltiples áreas, como los fenómenos que ocurren durante las etapas embrionarias de animales, donde los físicos también podrían hacer importantes aportes.
“Lo que más destaco de haber obtenido este Magíster es el trabajo interdisciplinario al que tuve acceso en el proceso, todo lo que aprendí en las reuniones con medicina y con el grupo de materia activa. Todo eso me abrió nuevas puertas”, asegura.
Rodrigo Soto, doctor en física y profesor guía de Susana Márquez dice que su trabajo de investigación es fruto de una colaboración que el Núcleo Milenio inició con investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, donde la estudiante fue el motor principal. “Su motivación, entusiasmo y trabajo duro, tendió puentes entre comunidades muy diferentes de biólogos y físicos, lo que permitió obtener resultados muy importantes. De su tesis han salido dos artículos que serán enviados prontamente a publicación con sus modelos sobre los peces cebra y la migración celular en tejidos tensionados. Actualmente en el Núcleo Milenio, cuatro personas (dos investigados y dos estudiantes) trabajamos en esta colaboración sobre los desarrollos tempranos de embriones de peces, donde quedan muchos temas interesantes por resolver”, cuenta Soto.
Aunque Susana Márquez aún no tiene planes a futuro, en lo inmediato, tiene en agenda la asistencia a un Conferencia en Inglaterra y Francia durante septiembre, en la que también participarán la estudiante de física Fernanda Pérez y el director del Núcleo, Rodrigo Soto.
En Inglaterra asistirá al Physics of Cells: From Biochemical to Mechanical (PhysCell 2018) organizada por Instituto de Física (IOP). Y en Francia al taller de EMBO, a realizarse en Cárgese y destinado a estudiantes de física de postgrado, llamado “Física de sistemas biológicos integrados”.
Resumen de la tesis
En esta tesis se estudian migraciones celulares en dos sistemas diferentes cuyos agentes comparten la característica de estar no polarizados. Se proponen modelos físicos que en combinación con datos experimentales y simulaciones numéricas buscan reproducir los fenómenos observado con el fin de entenderlos con mayor profundidad y plantear nuevas preguntas de estudio.
En la primera parte, el sistema considerado es un pez anual en su etapa de epibolía donde se estudia la migración las Deep Cell Layer (DCL) hacia los bordes de las Enveloping Cell Layer (EVL), guiadas por diferencias de dureza. Pese a que al llegar a los bordes las DCL están polarizadas se desconoce la manera en que a larga distancia las células podrían sensar diferencias mecánicas. Para entender estas observaciones, se plantean tres modelos diferentes que permiten evaluar si los efectos de elasticidad de la EVL y sus bordes (representado por una franja más dura) son percibidos por un agente (DCL) que se encuentre encima generando fuerzas y protrusiones. El primero de ellos considera que las protrusiones generadas por las células se recogen arrugando el sustrato sin deslizar. Los resultados obtenidos demuestran que cuando el sustrato es homogéneo, la célula se comporta como un caminante aleatorio, mientras que en presencia de la franja más dura, el agente se aleja de la misma. El segundo estudio se hace considerando que las protrusiones al contraerse deslizan y arrugan el sustrato. En este caso en una dimensión se concluye que el centro de masa de la célula no se desplaza durante la contracción ni para sustratos homogéneo ni bajo la presencia de una franja más dura, lo que permite especular que en dos dimensiones los resultados tampoco mostrarán migración direccionada.
Finalmente, se estudia un sustrato sometido a tensiones activas, y por consiguiente que considera al tensor de deformaciones no lineal. Para el caso particular de deformaciones lineales se observa un cambio en los coeficientes de difusión para algunos valores particulares (cuando el sustrato se contrae lo suficiente). Estos resultados que permiten hipotetizar acerca del rol de las tensiones internas de los sustratos, que podría ser más relevante que sus diferencias de dureza, al menos a largas distancias.
Por otro lado, se estudia el fenómeno de migración celular colectiva de las Laterality Organ Progenitors (LOP) durante la epibolía de los peces cebra. En el proceso, estas células se desplazan asociadas a las Enveloping Cell Layer (EVL) desde un polo del huevo al otro. El enlace directo LOP-EVL está presente solo en algunas células y gradualmente se pierde en el proceso. A pesar de eso, y a que las LOPs no se polarizan en ningún momento, logran descender colectivamente y además formar un racimo. Se desarrolla un modelo físico para entender el rol que tiene la adhesión e interacción a larga distancia entre LOPs. Para simular las protrusiones se considera que las células se moverán como caminantes aleatorios, y el enlace con las EVL se modela como un resorte. Las dimensiones, condiciones iniciales, coeficientes de difusión, entre otros, se extraen de las observaciones experimentales, mientras que los coeficientes de los potenciales de interacción se ajustan de modo que las simulaciones reproduzcan las observaciones experimentales de mejor manera. Los resultados obtenidos demuestran que existe un conjunto de parámetros que permiten reproducir tanto la migración colectiva como la formación del racimo, sugiriendo que las protrusiones no direccionadas tienen un rol más importante en las migraciones colectivas del que habitualmente se asigna.