Xavier Trepat y su equipo en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) son socios clave de ALIVE: Active Living Matter — Information, Vitality, and Emergence, un programa internacional de investigación seleccionado para recibir financiación en la primera edición europea del Novo Nordisk Foundation Challenge Programme. Coordinado por el Instituto Niels Bohr de Copenhague, el proyecto recibirá 75 millones de coronas danesas (unos 10 millones de euros) durante seis años para descubrir cómo los flujos de información impulsan la emergencia, organización y función de los tejidos vivos.
Alrededor de 100 equipos de investigación de toda Europa compitieron por la ayuda científica más prestigiosa de la Fundación Novo Nordisk. La financiación ha sido concedida a un consorcio liderado por Amin Doostmohammadi, de la Niels Bohr International Academy, junto con tres socios de referencia internacional: Xavier Trepat, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) de Barcelona; Nikta Fakhri, del Massachusetts Institute of Technology (MIT); y Erwin Frey, de la Ludwig Maximilian University de Múnich.
“Estoy muy ilusionado por iniciar una nueva colaboración con investigadores e investigadoras líderes mundiales de este consorcio, tanto en el ámbito teórico como en el experimental”, afirma Trepat. “El estudio de los flujos de información en sistemas fuera del equilibrio representa un gran reto para físicos y biólogos, y estoy convencido de que esta financiación nos permitirá desarrollar un marco general para comprender este problema”.
La corriente unidireccional de la vida
El estudio de los flujos de información en sistemas fuera del equilibrio representa un gran reto para físicos y biólogos, y estoy convencido de que esta financiación nos permitirá desarrollar un marco general para comprender este problema.
Xavier Trepat
Cada célula de nuestro organismo está constantemente haciendo algo: tira, empuja, envía señales a sus vecinas o adopta un determinado destino celular. De alguna manera, a partir de toda esta actividad local, emergen tejidos organizados. Sin la existencia de un controlador central, se forman órganos, cicatrizan heridas y los tumores invaden tejidos. ¿Cómo ocurre esto? Esa es la pregunta que ALIVE se propone responder.
La idea central del proyecto es que los tejidos vivos son sistemas que procesan información. Las fuerzas que ejercen las células, las señales que envían y las identidades que adoptan contienen información, y esta información fluye en una dirección específica a lo largo del tiempo. Del mismo modo que un río tiene una corriente, la dinámica de los tejidos vivos posee una dirección temporal preferente: las causas preceden a los efectos de manera cuantificable. Los físicos denominan a este fenómeno la flecha del tiempo. ALIVE convertirá esta flecha colectiva del tiempo en una herramienta cuantitativa para comprender y, en última instancia, controlar el comportamiento de los tejidos.
“El flujo de información dentro de los sistemas vivos, y el hecho de que este flujo tenga una dirección, es la idea que se encuentra en el corazón de nuestro enfoque”, explica Doostmohammadi. “Si somos capaces de medir y cartografiar ese flujo, podremos empezar a predecir cuándo un tejido funcionará con normalidad, cuándo fallará y cómo podríamos intervenir”.
Cuatro sistemas, desde esponjas marinas hasta embrioides humanos
El consorcio estudiará cuatro sistemas biológicos que abarcan distintas formas de vida multicelular: las esponjas marinas, que representan los orígenes más tempranos de la multicelularidad animal; los organoides intestinales, como modelo de renovación tisular saludable; los organoides de cáncer colorrectal, donde se rompe la organización colectiva; y los embrioides humanos derivados de células madre pluripotentes inducidas, en los que la aparición del plan corporal puede observarse y controlarse experimentalmente.
Si somos capaces de medir y cartografiar el flujo de información dentro de los sistemas vivos, podremos empezar a predecir cuándo un tejido funcionará con normalidad, cuándo fallará y cómo podríamos intervenir
Amin Doostmohammadi
En todos ellos, el equipo combinará mediciones de fuerzas mecánicas, microscopía en vivo, herramientas moleculares y nuevos marcos teóricos procedentes de la física fuera del equilibrio para extraer, modelizar y, en última instancia, dirigir los flujos de información que gobiernan la organización de los tejidos.
En el IBEC, el grupo de Dinámica Integrativa de Células y Tejidos, liderado por el profesor de investigación ICREA Xavier Trepat, desempeñará un papel fundamental en el desarrollo de las plataformas experimentales que permitirán medir directamente los flujos de información en sistemas multicelulares. Aprovechando su reconocida experiencia internacional en mecanobiología, el grupo combinará cartografiado de fuerzas, perturbaciones optogenéticas y avanzadas estrategias de ingeniería tisular en 3D para estudiar cómo se transmite la información a través de organoides, embrioides y tejidos artificiales. Mediante la generación de conjuntos de datos a gran escala y alta calidad que integren señales mecánicas y bioquímicas, el equipo trabajará estrechamente con los teóricos del consorcio para poner a prueba nuevos marcos conceptuales destinados a comprender la organización de los tejidos, la invasión tumoral y la regeneración.
“Abordar el problema de los flujos de información en sistemas multicelulares nos ayudará a comprender procesos fundamentales del desarrollo, la regeneración y la enfermedad”, afirma Trepat.
Un programa de seis años orientado al descubrimiento
ALIVE tendrá una duración de seis años y permitirá incorporar un importante número de estudiantes de doctorado e investigadores e investigadoras posdoctorales en las cuatro instituciones participantes. El lanzamiento oficial del proyecto tendrá lugar en abril de 2027 en el Instituto Niels Bohr de Copenhague.
