Investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC) han desarrollado un nuevo método computacional para estudiar cómo se forma el corazón de los mamíferos durante las primeras etapas del desarrollo embrionario.
El estudio, publicado en eLife, combina la microscopía en vivo de modelos experimentales con análisis avanzado de imágenes y aprendizaje automático. Este enfoque permitió a los investigadores reconstruir los movimientos y cambios de forma que transforman el tejido cardíaco primitivo en el tubo cardíaco. El corazón es el primer órgano que se forma y funciona en los mamíferos. Durante su desarrollo, un grupo plano de células precursoras, conocido como primordio cardíaco, se mueve y cambia de forma para formar un tubo tridimensional capaz de comenzar a bombear sangre.
Comprender este proceso podría ayudar a explicar cómo se desarrolla el corazón normalmente y cómo las alteraciones pueden provocar defectos cardíacos congénitos. Sin embargo, su estudio es difícil porque el tejido cambia de forma rápidamente al mismo tiempo que el corazón embrionario comienza a latir.
“La microscopía en vivo nos permite observar el corazón en desarrollo, pero convertir estas imágenes complejas en información cuantitativa ha sido un gran desafío. Nuestro mapa virtual ahora permite seguir cómo cada región del tejido cardíaco temprano contribuye al tubo cardíaco primitivo”, explica la Dra. Morena Raiola, primera autora del estudio e investigadora del CNIC.
Los investigadores desarrollaron un método computacional que rastrea el movimiento de los tejidos directamente a partir de imágenes de microscopía de lapso de tiempo. Validaron el método comparando sus resultados con los movimientos de células individuales rastreadas experimentalmente.
Posteriormente, el equipo utilizó el aprendizaje automático para alinear los datos de diferentes embriones y combinarlos en un único modelo de desarrollo cardíaco. Este modelo muestra dónde y cuándo el tejido se estira, crece o cambia de dirección a medida que el primordio cardíaco se convierte en el tubo cardíaco lineal.
Un mapa virtual del desarrollo del corazón
Uno de los principales resultados del estudio es un mapa de destino virtual que permite rastrear cualquier punto del primordio cardíaco inicial y predecir dónde se ubicará en el tubo cardíaco primitivo.
Este mapa relaciona la posición inicial de una célula o región tisular con la parte del tubo cardíaco a la que contribuirá posteriormente. Por lo tanto, ofrece una nueva forma de explorar cómo se organizan las diferentes regiones del corazón embrionario a lo largo del tiempo.
El análisis demostró que las células vecinas generalmente se mueven juntas de forma coordinada. Sin embargo, no todas las partes del tejido se deforman de la misma manera. En cambio, el primordio cardíaco se divide en regiones distintas, cada una con su propio patrón de movimiento y crecimiento. Estos patrones diferentes pero coordinados transforman el primordio cardíaco, inicialmente bilateral, en un tubo cardíaco longitudinal tridimensional.
El estudio también aporta nueva información sobre la formación de la cámara ventricular primitiva. En la región que se convertirá en la curva externa del tubo cardíaco, el tejido se expande adoptando una forma similar a la mitad de un barril. Esta expansión está limitada en ambos extremos por dos regiones en forma de cinturón: una en el polo arterial y otra en el polo venoso. Estas regiones guían el crecimiento del tejido y contribuyen a que el ventrículo en desarrollo adquiera su forma característica.
“El principal avance es que ahora podemos describir cuantitativamente la formación del tubo cardíaco y demostrar que el corazón primitivo se moldea mediante distintas regiones de tejido que siguen patrones de deformación específicos pero precisamente coordinados”, explica el Dr. Miguel Torres , jefe del Grupo de Control Genético del Desarrollo y la Regeneración de Órganos del CNIC y autor principal del estudio.
Un método para estudiar otros órganos
El nuevo método computacional también podría utilizarse para estudiar otros órganos y tejidos que experimentan cambios tridimensionales complejos durante el desarrollo embrionario.
Esta investigación fundamental proporciona conocimientos esenciales sobre cómo se forma el corazón normalmente, sentando las bases para futuros estudios sobre cómo las alteraciones en este proceso pueden contribuir a los defectos cardíacos congénitos.
Los hallazgos también proporcionan un nuevo marco para comprender los mecanismos físicos y celulares que dan forma al corazón embrionario. A largo plazo, este conocimiento podría respaldar la investigación sobre cardiopatías congénitas y estrategias de ingeniería de tejidos.
Los editores de eLife describen el estudio como un avance importante en la comprensión de la deformación y el crecimiento de los tejidos durante las primeras etapas del desarrollo del corazón de los mamíferos. Asimismo, destacan la originalidad del método computacional y su capacidad para extraer nueva información biológica a partir de datos de microscopía en vivo.
Artículo de referencia:
Morena Raiola, Miquel Sendra Sendra, Jorge N Domínguez, Miguel Torres (2026) El análisis cuantitativo computarizado demuestra patrones de deformación tisular fuertemente compartimentados subyacentes a la formación del tubo cardíaco en mamíferos. eLife 14:RP108559. https://doi.org/10.7554/eLife.108559.3
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