• Paulo Casagrande Godolphim participó en dos conferencias en el país asiático y se reunió con diversos grupos de investigación para dar a conocer su trabajo en micromecánica, técnica que permitirá comprender cómo se desarrollan los embriones y cómo las fuerzas mecánicas pueden influir en este proceso. En octubre lleva sus avances a Brasil.
Comprender cómo las fuerzas mecánicas afectan el proceso de embriogénesis – es decir, el desarrollo inicial de los animales- representa un desafío en la investigación científica. La clave está en medir con precisión estas fuerzas en los tejidos celulares, lo que permitiría un mejor entendimiento de la formación de embriones, enfermedades y el desarrollo de tratamientos innovadores.Ese es el centro de la investigación que realiza Paulo Casagrande Godolphim, tesista de doctorado en el Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (DFI- Universidad de Chile) y en la Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) de Brasil, quien viajó recientemente a Japón para presentar su investigación “Análisis mecánico en la morfogénesis de embriones de peces”(Mechanical analysis in the morphogenesis of fish embryos) en dos conferencias internacionales: Frontiers in nonequilibrium physics: Active matter, topology and beyond realizada en el Instituto Yukawa, de la Universidad de Kioto y Statphys28 considerada la conferencia de física estadística más grande del mundo y que tuvo lugar en la Universidad de Tokio. Durante su estancia en Japón, Casagrande aprovechó de reunirse con diversos grupos de investigación del país asiático, generando lazos de colaboración con miras a potenciar su trabajo, en el cual está desarrollando una técnica sobre la base de modelos fisicomatemáticos, los cuales valida utilizando imágenes experimentales de embriones de peces cebra y anuales. “En Japón visité el laboratorio de Kazuhiro Aoki, en el National Institute for Basic Biology, en Okazaki, quien es reconocido por su trabajo en migración colectiva de monocapas de células epiteliales. También me reuní con Kaoru Sugimura, de la Universidad de Tokio, con quien exploré técnicas de inferencia de fuerzas en tejidos embrionarios, un área de gran interés para mi proyecto de tesis Espero que este encuentro me ayude mucho a terminar el primer artículo de tesis”, dice.
Investigación
La investigación de Paulo Casagrande Godolphim -que en octubre presentará en la Brazilian Workshop on Soft Matter- se basa en una técnica innovadora llamada micromecánica, que está desarrollando en su tesis de doble doctorado en Chile y Brasil. “Mi guía de tesis en Chile es el doctor Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio, mientras que en Brasil es Leonardo Gregory Brunnet. El proyecto que estoy desarrollando lo realizo en colaboración con los investigadores del grupo LEO de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, Miguel Concha y Mauricio Cerda y es un spinoff del trabajo de tesis de Fernanda Pérez (ex tesista de doctorado del Núcleo”, cuenta Casagrande, quien en 2023 ganó la Beca de Doctorado Nacional de ANID y la Beca de la Organización de Estados Americanos (OEA).
La micromecánica, afirma, implica la realización de simulaciones computacionales del tejido biológico basadas en un modelo físico. La clave -sostiene- es lograr ajustar cuantitativamente los parámetros del modelo hasta que las simulaciones se asemejen lo más posible al comportamiento real del tejido. Lo que hace que la micromecánica se destaque respecto de otras técnicas es que permite determinar las fuerzas en el tejido, a partir de videos de embriones en desarrollo, pero además testar el modelo utilizado. Aquí toma importancia uno de los pilares de esta técnica: la homogeneidad y degeneración del modelo. “Un buen modelo debe tener parámetros consistentes en todo el tejido, sin importar la parte que estemos analizando. Por ejemplo, si estuviéramos describiendo el aire en una habitación, la ecuación del gas ideal, que funciona en un rincón, debería funcionar igual de bien en cualquier otro lugar y tener los mismos parámetros. Si no es así, hacemos ajustes para lograr esa uniformidad, realizando simulaciones separadas para cada parte del tejido. Al final, obtenemos conjuntos óptimos de parámetros para cada región y buscamos correlaciones entre ellos para hacer el modelo más simple y efectivo. Un ejemplo interesante es que descubrimos una correlación entre la rigidez de las células en el modelo y su presión interna”, dice.
La degeneración, en tanto, es un desafío clave en este trabajo, ya que puede suceder que el mismo modelo tenga múltiples conjuntos de parámetros que produzcan la misma solución de fuerza. “Si pensamos en dos equipos tirando de una cuerda, la igualdad de fuerzas garantiza un empate. Si cada equipo añade 200 newtons de fuerza a cada lado de la cuerda no alterará la fuerza neta, seguirá habiendo un empate, pero sí aumentará la tensión. Lo mismo ocurre con los modelos de tejido, donde al variar parámetros en las simulaciones lo que hacemos es ajustar las tensiones y presiones de las células del tejido. En la simulación podríamos tener varias soluciones de tensión y presión, pero sabemos que el tejido real debe tener una sola solución. Para ello la micromecánica busca simetrías y ajusta el modelo para eliminar estas degeneraciones, logrando una versión precisa basada en datos experimentales. El objetivo final es comprender las fuerzas que las células ejercen entre sí sin perturbar el proceso natural del desarrollo embrionario”, concluye.
Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa y académico DFI-UChile, explica que esta investigación -que se lleva a cabo en el centro desde hace 5 años, incluyendo a otros tesistas de doctorado- aporta una nueva perspectiva a los hallazgos logrados hasta ahora. “El viaje de Paulo a Japón fue muy provechoso, porque le permitió presentar su trabajo a varios grupos y expertos en el tema, los que se mostraron muy interesados y le dieron interesantes sugerencias”, dice el doctor Soto.
Una experiencia que buscará replicar en Brasil. “Presentaré un póster en esta conferencia de Soft Matter y trataré de reunirse con Lisa Manning, una de las referentes en el modelo de vértices para tejidos celulares, modelo que utilizo en mis trabajos. Espero tener la oportunidad de conocerla allí”, asegura el tesista.
Otros logros
• En agosto de 2022 Paulo Casagrande ganó el premio al mejor póster en Física de Tejidos Biológicos en la conferencia Condensed Matter Division of European Physical Society en Manchester, en Reino Unido, con la investigación”Vertex model micromechanical validation in fish embryo morphogenesis”.
• En octubre de 2022, participó en Escuela y Congreso de Física de la Materia Activa, realizada en Coyhaque, Chile y en enero de 2023 fue supervisor en las Prácticas de Verano que realiza el Núcleo Milenio en el Departamento de Física (DFI-FCFM) de la Universidad de Chile.