Hidras são pequenos animais invertebrados e predadores que vivem na água. São tubulares, radialmente simétricas e têm até 10 mm de comprimento, com uma cabeça (principalmente uma boca), um único pé adesivo e tentáculos.

Em um estudo publicado na revista PRX Life , pesquisadores investigaram como forças técnicas e feedbacks em uma Hydra podem afetar seu plano corporal.

Eles escolhem Hydra porque são notáveis por serem capazes de se regenerar, já que a maioria das células do corpo são células-tronco, que podem se dividir continuamente e então se diferenciar em qualquer tipo de célula do corpo. Na verdade, Hydra é tão boa nisso que não parece envelhecer e pode ser imortal , regenerando constantemente quaisquer células de que precisem, mesmo de um pequeno pedaço inicial de tecido.

Todos os animais compartilham um plano corporal comum porque todos vêm de um ancestral comum, incluindo simetria bilateral, corpos segmentados e um sistema digestivo. Ao longo de bilhões de anos, a evolução modificou suas formas para criar a enorme variedade de morfologias corporais observadas no reino animal. Mas essa formação de padrão biológico ainda não é bem compreendida.

Morfogênese é o processo biológico que faz com que uma célula, tecido ou organismo desenvolva sua forma. Envolve a diferenciação de células, tecidos e órgãos, levando à criação de ordem no organismo em desenvolvimento.

A morfogênese é um aspecto fundamental da biologia do desenvolvimento, juntamente com o controle do crescimento do tecido e a diferenciação celular. Mas e se um organismo for restringido de alguma forma devido a forças externas?

Neste estudo, uma equipe de pesquisadores de Israel e da Alemanha liderada por Yonit Maroudas-Sacks do Instituto de Tecnologia Technion–Israel em Haifa, confinou a Hydra em um estreito canal cilíndrico . O canal restringiu a morfologia do animal — a forma e a estrutura de um organismo, e características particulares de sua estrutura.

No trabalho anterior do grupo, eles se concentraram no papel de conjuntos multicelulares de fibras de actomiosina na orientação e estabilização do eixo corporal da Hydra enquanto se regeneravam. (Actomiosina é um complexo formado por duas proteínas interativas, actina e miosina. Ela desempenha papéis cruciais na contração muscular e no movimento celular, com a proteína motora de miosina puxando os filamentos de actina para o lugar.)

As hidras têm fibras de actomiosina paralelas que se contraem, e trabalhos anteriores do mesmo grupo descobriram que o eixo do corpo da hidra se regenerava quando segmentos de tecido eram alinhados com o eixo do corpo herdado do progenitor.

Eles decidiram investigar como o campo de orientação das fibras de actina-miosina, que continham regiões localmente desordenadas chamadas defeitos topológicos, é relevante para o plano corporal da morfogênese da Hydra, que ainda era desconhecido.

Eles desenvolveram uma metodologia para confinar a regeneração da Hydra de forma anisotrópica — em um eixo diferente das fibras paralelas da Hydra. Isso exigiu um método de confinamento que não danificasse o tecido do organismo ou a capacidade de regeneração ao longo de vários dias. Eles também precisavam de imagens ao vivo de alta resolução durante todo o tempo de regeneração.

O confinamento ocorreu em um tubo capilar de vidro, equipado com pequenos canais cilíndricos em sua superfície interna , de 120 a 300 mícrons de largura, feitos de um gel rígido entre as amostras esféricas de tecido e a parede de vidro.

Quando o tecido Hydra foi introduzido no canal resultante, enquanto um gel mais macio era empurrado para dentro das cavidades do canal nas bordas para criar uma largura disponível para a Hydra, tomou-se cuidado para não rasgar o tecido durante a inserção do gel macio.

Isso reduziu o movimento do tecido ao longo do eixo do cilindro, com cerca de 20 a 50 células ao longo da circunferência da cavidade (o tamanho típico de uma célula é de 20 mícrons), ao mesmo tempo em que permitiu que o tecido esférico se desdobrasse e se regenerasse em um formato alongado e elipsoidal.

Depois de algum tempo, o tecido regenerado preenche o canal disponível para ele, então forma uma boca e tentáculos à medida que a coluna do corpo se torna mais estreita que o canal, e o animal se separa das paredes do canal.

Dessa forma, um ângulo se desenvolve entre o eixo do corpo restrito e o eixo do corpo herdado. O ângulo relativo entre o eixo do corpo herdado e o eixo do canal depende da orientação na qual o esferoide do tecido Hydra entra no canal, com seu eixo herdado paralelo ou perpendicular ao eixo do canal.

A restrição imposta à geometria do tecido pelas paredes do canal afeta os padrões de estresse mecânico experimentados pelo tecido da hidra, tanto pelo gradiente de pressão hidrostática através do tubo quanto pelas frequentes contrações musculares que ocorrem.

O grupo descobriu que havia uma forte preferência dos eixos do corpo e da fibra de actomiosina para se alinharem com o "eixo fácil" do canal, com uma cabeça e um pé ao longo do eixo do canal. Mas diferentes planos corporais se desenvolveram se o tecido inicial fosse perpendicular ao eixo do canal.

Eles escreveram: "amostras que são inicialmente orientadas com seu alinhamento primário de fibras perpendicular à direção do canal frequentemente se regeneram em morfologias multiaxiais".

Mas se os animais que estavam confinados em comprimento, perpendiculares ao eixo do canal, eles consistiam principalmente de animais com, surpreendentemente, duas cabeças, e frequentemente mais de um pé. Essas múltiplas características morfológicas não estão dispostas ao longo de um único eixo, mas sim em junções entre eixos com defeitos topológicos particulares na organização das fibras.