Proyecto Fondecyt estudiará los principios físicos que organizan redes de fluidos en sistemas vivos

Comprender cómo se organizan y crecen las redes de fluidos en los tejidos biológicos -como los vasos sanguíneos o los ductos que transportan fluidos en distintos órganos- es el objetivo central del proyecto “Physical Principles of Flow Network Organization in Active Materials”, liderado por el académico del Departamento de Física (DFI) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile, Dr. Ignacio Bordeu, recientemente adjudicado en el Concurso Fondecyt Regular 2026 de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID).

La investigación se sitúa en la intersección entre física, biología y sistemas complejos, y busca comprender cómo principios físicos, mecánicos e hidrodinámicos, regulan la organización de redes de flujo de fluidos en diversos contextos biológico, desde microorganismos hasta tejidos y órganos complejos, como el hígado o los pulmones.

Estas redes son fundamentales para el funcionamiento de los organismos, ya que permiten transportar nutrientes, oxígeno y otras sustancias esenciales para la vida. Además, su desregulación puede causar graves problemas de salud, como enfermedades coronarias, o acelerar la progresión de un cáncer. Sin embargo, aún se conocen de manera limitada los mecanismos físicos que regulan el crecimiento, la adaptación y el funcionamiento de redes de fluido biológicas.

El proyecto propone abordar este problema integrando el crecimiento aleatorio, con la mecánica de tejidos y retroalimentación inducida por el flujo, con el fin de comprender cómo las redes de fluidos se organizan bajo distintas restricciones físicas durante su formación, y cómo estas se adaptan ante diversos estímulos externos. 

Física de los tejidos

Según explica el profesor Bordeu, diversos factores físicos juegan un papel clave en la formación de estas estructuras biológicas. “La presión del fluido que circula por los ductos, por ejemplo, puede regular la relación entre el diámetro y la longitud de los conductos, mientras que la mecánica de los tejidos circundantes determina cómo estas estructuras pueden crecer y transportar fluidos de manera eficiente”, explica.

Este tipo de procesos, agrega, no solo ocurre en sistemas biológicos complejos. Patrones similares pueden observarse en múltiples sistemas naturales, desde el delta de un rio hasta las hojas de los árboles. “Muchas de estas estructuras parecen seguir reglas de crecimiento universales, lo que sugiere que la física juega un rol fundamental en la organización de patrones biológicos”, detalla el investigador.

Detección de enfermedades

El proyecto combinará modelos teóricos, experimentos y análisis de datos de tejidos biológicos para investigar estos procesos. Para ello, se contempla la colaboración de biólogos y especialistas en tejidos, además de desarrollar experimentos en el Laboratorio de Microfluídica del DFI, que dirige la Dra. María Luisa Cordero, coinvestigadora del proyecto. En estos experimentos se estudiarán redes vasculares en organismos biológicos simples, como Physarum polycephalum, lo que permitirá poner a prueba las predicciones de modelos físicos desarrollados por el equipo de investigación. 

Además de avanzar en la comprensión del desarrollo normal de los órganos, un aspecto clave de la investigación es estudiar cómo estas redes se desorganizan cuando surgen enfermedades. En particular, el proyecto analizará cómo la estructura de las redes de flujo en el hígado se ve afectada en patologías como el hígado graso, la cirrosis o el cáncer hepático, trabajo que se llevará a cabo en colaboración con el Dr. Fabian Segovia, investigador del Departamento de Biología Celular de la Facultad de Ciencias Biológicas en la Universidad de Concepción, y coinvestigador el proyecto.

“Comprender los mecanismos físicos que regulan la organización de estas redes podría ayudar a identificar señales tempranas de desregulación durante el desarrollo de enfermedades. En este sentido, uno de los objetivos del proyecto es avanzar hacia la detección y predicción temprana de cambios en los órganos y tejidos, lo que permitiría mejorar la comprensión de cómo evolucionan ciertos procesos biológicos, tanto en condiciones normales como patológicas”, señala Ignacio Bordeu. 

Con esta investigación de frontera, el Departamento de Física de la FCFM de la Universidad de Chile continúa fortaleciendo su investigación en áreas interdisciplinarias, donde la física contribuye a comprender fenómenos complejos en los sistemas vivos.