Desayuno con escutoides

Una vez cada dos o tres semanas, el biólogo de la Universidad de Sevilla Luis M. Escudero se prepara una taza de café, abre el ordenador y teclea las palabras “scutoids” y “escutoides” en el buscador para conocer en qué nuevos y desconocidos territorios se está aplicando su descubrimiento. La aplicación más reciente es un gel con forma de escutoides incorporado en las suelas de una conocida marca de zapatillas deportivas “para una amortiguación más eficiente”. Antes se habían diseñado ladrillos, esculturas, vajillas, joyas, lámparas y hasta proyectos arquitectónicos inspirados en esta nueva figura geométrica. Una de aquellas mañanas a Escudero casi se le cae el café sobre el teclado al descubrir que una campeona del mundo de “pole dance”, la bailarina Natasha Wang (@polecricket), había bautizado como “escutoide” uno de sus movimientos acrobáticos en la barra de baile. “Si buscas ‘pole dance + scutoids’ en Instagram te salen miles de mujeres que están haciendo el movimiento “escutoide” por todo el mundo”, asegura Escudero. “Es una locura”.

En el año 2011, cuando Luis María (“Luisma” para los amigos) estudiaba la organización de los tejidos en dos dimensiones como parte de su investigación postdoctoral, ni siquiera se le pasaba por la cabeza que un campo de investigación tan específico como aquel fuera a dar un día la vuelta al mundo. “Yo empecé a usar la teoría de grafos para analizar cómo se organiza el epitelio”, recuerda. “Intentábamos cuantificar algo tan etéreo como la manera en que se organiza un tejido”. Siete años después, una buena mañana se encontraba con que uno de sus trabajos era mencionado por el presentador Stephen Colbert en la CBS, que la noticia era recogida en “The Late Night” de la NBC, en la revista New Scientist, en Scientific American y hasta en The New York Times. “Todos somos escutoides”, proclamaba Alan Burdick en The New Yorker. “Resulta que están en todas partes, especialmente en las cosas vivas”.

Escutoides hasta en las camisetas

Al echar la vista atrás, es interesante reconstruir cómo prendió la mecha que hizo que los escutoides se convirtieran en un fenómeno global. Tras la publicación de su descubrimiento el 27 de julio de 2018 en la revista Nature Communications cabía esperar un alto impacto, pero lo sucedido en las siguientes 48 horas sobrepasó cualquier expectativa. Ese mismo día, la revista New Scientist dedicó un artículo al hallazgo de una nueva forma geométrica nunca descrita hasta entonces que se encontraba en el epitelio de los seres vivos que tuvo más de 8000 retuits. Pero fue el chiste de una usuaria con pocos seguidores el que, al día siguiente, convirtió el hallazgo en viral con más de 200.000 "me gusta" en redes sociales. “Qué alegría me da no seguir en el instituto”, escribió @LeboWho. “Imagina tener que calcular el área y el volumen de un escutoide”.

I’m so glad I’m done with high school. Imagine having to find the area & volume of a scutoid https://t.co/gS7X8EK4xa

— Lebz (@LeboWho) July 28, 2018

Aparte de prestarse a las bromas, el hecho de que los escutoides apelen a aquello de lo que estamos hechos, que presenten una imagen fácilmente reconocible o que se presten fácilmente a ser transmutados en objetos decorativos o artísticos son algunos de los motivos que Miguel Alcíbar daba en la revista Investigación y Ciencia para explicar por qué este descubrimiento se convirtió en un “icono pop” de nuestro tiempo. Otros expertos, como la lingüista Lola Pons, destacaron que el hecho de asistir en directo al nacimiento de una nueva palabra había influido en su popularidad. 

“A la gente le parecía algo bonito y fácil de reproducir, y se pusieron a hacer dibujos e impresiones del concepto en 3D”

Para Luisma Escudero, una de las claves fue el nombre pegadizo en inglés, en el que resonaba la palabra “cute” (bonito / molón) y el aspecto del primer modelo de plastilina que hizo para entender su forma. “La foto verde y amarilla tenía algo que impactaba”, recuerda. “A la gente le parecía algo bonito y fácil de reproducir, porque enseguida se pusieron a hacer dibujos e impresiones del concepto en 3D”. “Yo al principio no lo veía chulo, pero fue el éxito en redes y la mirada de la gente, que empezó a dibujar escutoides con ojos y manitas, la que me contagió su forma de verlos”, asegura Clara Grima, una de las coautoras del trabajo original, que colaboró junto a Alberto Márquez en la elaboración del modelo matemático.  “Fue como con la canción del verano”, reconoce, “que la primera vez igual no te gusta, pero después se te pega”.

El orden de los tejidos

La pregunta a la que intentaba responder Luisma Escudero en sus tiempos de postdoc no es trivial en biología. A principios del siglo XX el biólogo estadounidense Frederic T. Lewis había intentado estudiar el orden de los tejidos analizando la proporción de polígonos. Así, un tejido que tiene un 80% de hexágonos tendrá más orden que uno que tenga solo un 40%, por ejemplo. Y esto puede ser útil para investigar etapas del desarrollo e incluso posibles patologías. Cuando Escudero afrontó el asunto, en 2011, se seguía estudiando en dos dimensiones porque era lo más práctico y se entendía que al mirar la superficie del tejido se estaba viendo lo mismo que había debajo. Algunas células aparecían más anchas en la base que en la parte superior, pero sencillamente se interpretaba que tenían forma de pirámide de truncada (o frusta), lo que les aportaba flexibilidad. 

En 2016, con la ayuda de sus compañeros matemáticos de la Universidad de Sevilla expertos en teoría de grafos y diagramas de Voronoi, Escudero decidió mirar con más detenimiento los tejidos y tratar de entenderlos en 3D. No era algo especialmente novedoso ni revolucionario, pero trabajando en el laboratorio saltó la sorpresa. Mientras uno de sus ayudantes escrutaba micra a micra el tejido con el microscopio confocal vieron que sucedía algo muy extraño: la célula cambiaba de vecinos. “Vimos que las células ganaban y perdían vecinos, lo que significaba que no podían ser ni prismas ni pirámides truncadas”, recuerda Escudero. “Hasta aquel momento se asumía que si la célula tenía cuatro vecinos, esos vecinos eran los mismos en la parte de arriba y en la de abajo. Pero estábamos viendo algo distinto”.

Con aquellos datos y aquella sospecha, Clara Grima y Alberto Márquez se pusieron a trabajar en un modelo matemático con diagramas de Voronoi en tres dimensiones que produjeran una estructura compatible con el cambio de topología. “Pensábamos que sería muy sencillo, pero estábamos equivocados”, recuerda Grima. “Después de muchos intentos nos pusimos a mirarlo capa a capa y encontramos un posible modelo”. Cuando le entregaron a Escudero el resultado que explicaba lo que sucedía, ninguno de ellos lograba visualizarlo. “Luisma preguntó: ¿Y eso qué forma tiene?”, recuerda Clara Grima.  “Y  entonces se puso a hacerlo con plastilina”.

Juegos de plastilina

La noche en que cogió la plastilina de su hija Margarita y se puso a hacer los modelos la recuerda Escudero como aquella escena de la película “Encuentros en la tercera fase” en la que el protagonista se pone a moldear obsesivamente la arcilla hasta crear la forma de la Torre del Diablo. Después de muchos intentos, creó la forma que encajaba con la descripción matemática y visualizó por primera vez aquella figura a la que aún no habían puesto nombre. Se trataba de una forma singular en la que dos de los vértices están unidos por una conexión con forma de Y, de modo que si se alternaban en su posición encajaban unas con otras y se podían retorcer sin que la estructura perdiera flexibilidad. Una especie de “prisma con cremallera”. “Y en aquel momento fue cuando me dije:  ¿y si hemos encontrado una forma geométrica nueva que nunca ha visto nadie?”, recuerda Escudero.

"Si salían escutoides en el modelo, eso quería decir que el universo producía escutoides"

“Necesitábamos por un lado darle un nombre y por otro entender bien cómo y por qué se formaban”, apunta el biólogo. El nombre salió de la broma de un colega y un juego con su apellido. “¡Escutoide!”, le gritó al final de una de sus charlas en un congreso. Y el nombre se quedó. Muchas semanas de trabajo después, y gracias sobre todo al trabajo incansable del ingeniero informático Pablo Vicente y del ingeniero de la Salud Pedro Gómez, llegó el punto clave de la investigación. “El momento Eureka fue el día en que conseguimos darle las instrucciones al modelo para producir escutoides”, recuerda. “Eso es lo que le daba sentido a todo. Si matemáticamente salían escutoides eso quería decir, no ya que la glándula salival de la mosca tuviera escutoides, sino que el universo producía escutoides, lo que le daba otra dimensión al descubrimiento”. 

Escutoides en humanos

Además de la biología y las matemáticas, Escudero y su equipo necesitaban un modelo físico que explicara su formación, para lo que contaron con Javier Buceta, que investigaba entonces en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Lehigh, en Estados Unidos. “Mi trabajo consistía en explicar energéticamente por qué estaba pasando esto en las células”, explica a Vozpópuli. “Y lo que vimos fue que en el momento en que empiezas a curvar el tejido es más favorable la configuración de los escutoides”. “Entendimos la relevancia biológica del tema; que las células adoptan la forma de escutoide para favorecer la estabilidad del tejido cuando se pliega”, añade Escudero. “Lo que vemos es que todas las células empujan a las demás con la misma fuerza y eso hace que todas estén intentando llenar todo el hueco, igual que crece un diagrama de Voronoi”. 

“Lo raro sería que no se encontrasen escutoides en nosotros. Me juego un dedo meñique a que un día se localizarán”

El trabajo de Buceta ponía de manifiesto que aquella solución no era algo anecdótico en la glándula, sino un comportamiento genérico de cualquier epitelio. “Se vio en la larva de la mosca, en el pez cebra y más tarde se ha visto en los conductos seminales de los ratones”, asegura Buceta, quien está convencido de que los escutoides están también en los tejidos humanos. “Siempre que aparezca una glándula aparecerá”, explica. “No hay nada que haga estos epitelios diferentes en una mosca o un mamífero respecto de los epitelios que tenemos los humanos; lo raro sería que no se encontrasen escutoides en nosotros. Me juego un dedo meñique a que un día se localizarán”.

La importancia de mirar con “cuidaíto” 

Hoy día, cuando le preguntan a Luisma Escudero cómo fue posible descubrir una forma geométrica de las células que en teoría estaba a la vista de todos, el biólogo sevillano explica con mucha gracia que se debe a que lo miraron “con mucho cuidaíto”. La lección que deja el hallazgo de los escutoides es que a menudo no vemos la realidad completa porque utilizamos determinadas formas de mirarla que nos lo impide. De hecho, al revisar la literatura científica, resulta que hubo momentos en la historia en que los científicos pasaron cerca de la solución sin terminar de verla. “Si tú ves cuatro células en un epitelio solamente por un lado, en principio no sabes si son escutoides o son prismas, eso estaba oculto”, explica Escudero. “Tienes que separarlo para ver que realmente están cruzados, eso es lo que hizo que se tardara tanto en entenderlo y eso es justamente lo que hace que el tejido sea más estable y flexible”.

Sobre la proyección científica de los escutoides, aún es pronto para saber si será tan grande como la repercusión mediática. Escudero cree que su principal aplicación podría venir del campo de los organoides, y espera desarrollar una serie de parámetros que permitan usarlo para detectar patologías. “Si un tejido de epitelio humano no presenta la estructura que hemos visto, quizá analizando con Inteligencia Artificial se puedan escanear millones de muestras en busca de una célula tumoral”, añade Clara Grima. O tal vez se consolide como una solución arquitectónica que permita crear estructuras que se doblen de forma eficiente y segura, a la manera de las cúpulas creadas en los años 60 por Richard Buckminster Fuller. 

A menudo no vemos la realidad completa porque utilizamos determinadas formas de mirarla que nos lo impide. 

“Hemos tenido conversaciones con ingenieros y arquitectos para trasladar este concepto que nosotros hemos visto en el mundo microscópico al mundo macroscópico, ya sea haciendo ladrillos con forma de escutoide o estructuras flexibles que adapten la forma de estos ladrillos según cambie la curvatura”, asegura Javier Buceta, que desde 2020 ha vuelto a España y trabaja en el en el Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio). “De la naturaleza aprendemos mucho”, añade Clara Grima, “Siempre hay una optimización natural para alcanzar la mayor resistencia con la menor energía”.

El ensamblaje de la naturaleza

Para el investigador del CSIC Manuel de León, fundador del Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) y experto en matemáticas y biología que no ha participado en el desarrollo de los escutoides, lo mejor del trabajo de Escudero y su equipo ha sido la capacidad de trabajar sobre un mismo problema desde diversas disciplinas. “Creo que esa ha sido la clave del éxito”, asegura, “el haber estado haciendo cosas los matemáticos con los biólogos”. El descubrimiento de estas estructuras le recuerda a lo que sucede con las celdas de los panales de las abejas, que desde el exterior parecen hexágonos pero no son prismas, ya que el fondo de las mismas no es plano. “Y este tipo de aproximaciones están siendo muy fructíferas en otros terrenos y está permitiendo estudiar, por ejemplo, cómo se forma un virus, que al final son piezas que se van ensamblando”. 

“El hallazgo de los escutoides ayudará a que haya gente que empiece a mirar cosas donde antes no miraba”

A fin de cuentas, resume, el universo no es más que eso, un ensamblaje de piececitas con diferentes formas geométricas que interaccionan o encajan unas con otras. Por eso De León está convencido de que los escutoides pueden tener futuro aplicados a la ingeniería mecánica y que en biología tendrán su recorrido. Pero sobre todo, concluye, “ayudarán a que haya gente que empiece a mirar cosas donde antes no miraba”. Y eso, en ciencia, es muchas veces lo que marca la diferencia y abre nuevos caminos.

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Referencias: Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia (Nature Communications) | Demonstration and interpretation of "scutoid" cells in a quasi-2D soap froth (Materials Chemistry) | The complex three-dimensional organization of epithelial tissues (Development)