Hipótesis de adhesión diferencial

La hipótesis de adhesión diferencial ( HAD ) explica el movimiento celular durante la morfogénesis mediante principios termodinámicos. En la HAD, los tejidos se tratan como líquidos compuestos por células móviles cuyos distintos grados de adhesión superficial provocan su reorganización espontánea para minimizar su energía libre interfacial . ^{[ 1 ]} Dicho de otro modo, según la HAD, las células se mueven para acercarse a otras células con una fuerza adhesiva similar con el fin de maximizar la fuerza de unión entre ellas y producir una estructura termodinámicamente más estable. ^{[ 2 ]} De esta forma, el movimiento de las células durante la formación de tejidos, según la HAD, imita el comportamiento de una mezcla de líquidos. ^{[ 3 ]} Aunque inicialmente se originó a partir del problema de comprender el comportamiento de clasificación celular en embriones de vertebrados, la HAD se ha aplicado posteriormente para explicar otros fenómenos morfogenéticos. ^{[ 4 ]}

Los orígenes de la DAH se remontan a un estudio de 1955 realizado por Philip L. Townes y Johannes Holtfreter . ^{[ 4 ]} En este estudio, Townes y Holtfreter colocaron las tres capas germinales de un anfibio en una solución alcalina, permitiendo que se disociaran en células individuales, y mezclaron estos diferentes tipos de células. Se utilizaron células de diferentes especies para poder observar visualmente y seguir sus movimientos. Las células de tipos similares migraron a su ubicación correcta y se reagruparon para formar las capas germinales en sus posiciones de desarrollo correctas. Este experimento demostró que la organización tisular puede ocurrir independientemente de la vía seguida, lo que implica que está mediada por fuerzas que están presentes de forma persistente y no surge únicamente de la secuencia cronológica de eventos de desarrollo que la preceden. ^{[ 3 ]}

A partir de estos resultados, Holtfreter desarrolló su concepto de afinidad selectiva e hipotetizó que los cambios oportunos en la afinidad selectiva de las células entre sí a lo largo del desarrollo guiaban la morfogénesis. ^{[ 3 ]} Se introdujeron varias hipótesis para explicar estos resultados, incluyendo la "hipótesis de la sincronización" y la "hipótesis de la contracción diferencial de la superficie". ^{[ 3 ]} En 1964, Malcolm Steinberg introdujo la "hipótesis de la adhesión diferencial", que utiliza principios termodinámicos para describir y explicar los patrones de clasificación y disposición celular observados. ^{[ 4 ]}

Según DAH, el movimiento y la organización celular se rigen por la reorganización espontánea de las células —de forma muy similar a un líquido— hacia un equilibrio termodinámicamente más estable. Esto se logra maximizando la cantidad de energía utilizada para la adhesión celular, lo que disminuye la energía libre disponible en el sistema. A medida que las células con fuerzas de adhesión superficial similares se unen entre sí, la energía de unión en el sistema global aumenta y la energía libre interfacial disminuye, lo que hace que el sistema sea termodinámicamente más estable. Los líquidos se comportan de manera comparable, pero con moléculas que se mueven debido a la energía cinética en lugar de células móviles que se mueven debido a una combinación de su cinética y movimiento activo. ^{[ 4 ]}

Esto permite que ejemplos de disposición de tejidos se correspondan con el comportamiento de líquidos, como la extensión de un tejido sobre otro, que se corresponde con la extensión de aceite sobre agua; el aceite se extiende sobre el agua para minimizar las interacciones débiles aceite-agua y maximizar las interacciones más fuertes agua-agua y aceite-aceite, de manera similar las células se organizan para estar cerca de otras células con una fuerza adhesiva similar y se unen a ellas. ^{[ 3 ]} Otras interacciones tisulares para las que DAH ofrece una explicación incluyen la jerarquía tisular, donde los tejidos con menor adhesión superficial rodean a los tejidos con mayor adhesión superficial, el redondeo de masas celulares irregulares para volverse esféricas, y la clasificación celular y la construcción de estructuras anatómicas que ocurre independientemente de la trayectoria tomada. ^{[ 3 ]}

DAH no se basa en diferencias cualitativas en la adhesión celular, sino únicamente en diferencias cuantitativas en la fuerza de su adhesión superficial. ^{[ 5 ]} DAH ha sido respaldada experimentalmente y por modelos computacionales. ^{[ 4 ]}

Desde su formulación original en el contexto de la embriogénesis de vertebrados, la DAH se ha utilizado para ofrecer una explicación de varios otros fenómenos morfogenéticos, incluyendo la cicatrización de heridas y la transición epitelio-mesenquimal en la progresión y metástasis del cáncer . ^{[ 4 ]}