El hígado es un órgano muy especial: incluso si más del cincuenta por ciento de su masa total está dañada, por ejemplo, por intoxicación, puede regenerarse por completo. Esta increíble habilidad es esencial. El hígado es el órgano metabólico más importante del cuerpo y tiene la tarea, entre otros, de desintoxicar la sangre. Para permitirlo, el hígado está equipado con una anatomía muy compleja: en los humanos, ambos lóbulos hepáticos están compuestos de alrededor de un millón de pequeños lóbulos que tienen un tamaño máximo de uno a dos milímetros.
La sangre que fluye al hígado ingresa a los lóbulos a través del llamado campo del portal, que separa los lóbulos vecinos entre sí. Desde allí fluye a través de microvasos rodeados de hepatocitos, el tipo de célula más común en el hígado, y drena en una vena central. Esta arquitectura especial asegura que la sangre se pone en contacto óptimo con los hepatocitos cuando fluye a través del órgano.
Cuando un hígado se ha recuperado después del daño causado por las drogas, el consumo de alcohol o una infección viral, esta compleja arquitectura debe ser restaurada. Los mecanismos subyacentes aún son poco conocidos. Los investigadores de HepatoSys liderados por Dirk Drasdo en el Centro Interdisciplinario de Bioinformática en Leipzig (IZBI) y el Instituto Nacional Francés de Investigación en Ciencias de la Computación (INRIA) en Le Chesnay, cerca de París, han comenzado a investigar la regeneración hepática usando métodos informáticos de biología de sistemas : Drasdo y su equipo simularon el escenario después de la intoxicación con tetracloruro de carbono (CCl4) en ratones, un modelo animal típico para la intoxicación con paracetamol en humanos, en la computadora.
Desde la sección de tejidos a la computadora
El primero de tres pasos fue obtener una representación en la computadora de un lóbulo hepático promedio. Trabajando estrechamente con el grupo de investigación experimental dirigido por Jan Hengstler del Instituto Leibniz y la Universidad de Dortmund, los científicos registraron los parámetros necesarios para caracterizar cuantitativamente la arquitectura del lóbulo estático, como la forma y orientación de los vasos sanguíneos y la forma, orientación y organización espacial de los hepatocitos. Estos parámetros se extrajeron utilizando métodos de procesamiento de imágenes que permiten la reconstrucción tridimensional completa de imágenes microscópicas de secciones de tejido en serie especialmente preparadas, seguidas de convertir los patrones tridimensionales en números.
El segundo paso fue registrar el proceso de regeneración en los lóbulos hepáticos de los ratones. A los animales se les inyectó la sustancia perjudicial para el hígado, el tetracloruro de carbono, que, como la intoxicación por paracetamol, da como resultado la muerte de los hepatocitos cerca de la vena central del lóbulo hepático. Para caracterizar cuantitativamente el proceso de regeneración, los científicos introdujeron los llamados parámetros de proceso. Estos parámetros, también obtenidos a partir del análisis de imágenes, registran cuándo y dónde se crean nuevos hepatocitos y registran sus movimientos y alineación dentro del órgano en el proceso de regeneración de la arquitectura original del lóbulo hepático.
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Finalmente, sobre la base de todos estos parámetros, se desarrolló un modelo matemático con el que se podía simular la dinámica espacio-temporal de hepatocitos y vasos sanguíneos individuales en una computadora. Con su modelo de computadora, los científicos lograron identificar mecanismos no reconocidos previamente durante la regeneración en los lóbulos hepáticos. Resultó que las nuevas células no solo emergen en ubicaciones arbitrarias dentro del lóbulo; “En cambio, rápidamente se hizo evidente que el proceso espacio-temporal solo puede funcionar correctamente si los nuevos hepatocitos se alinean a lo largo de los sinusoides, los micro-vasos sanguíneos que atraviesan el lóbulo hepático”, explica el colaborador de Drasdo, Stefan Höhme. Esta observación sobre la base del modelo de computadora se confirmó posteriormente en lóbulos hepáticos reales en un experimento de laboratorio. “Eso”, según Höhme, “nos acerca a la comprensión de los complejos procesos implicados en la regeneración hepática”.
