Redacción
Determinar la potencia de la célula y su rendimiento mecánico, es decir, su fuerza y su calor, como si fuese una máquina térmica. Es lo que han conseguido hacer investigadores de distintas instituciones de investigación, entre ellas, varias españolas, que han desarrollado el primer mapa de calor del glóbulo rojo de la sangre. Los autores del trabajo creen que este mapeo va a tener aplicaciones “inmediatas” en diagnósticos médicos, ya que puede permitir determinar la salud celular y de los tejidos del organismo. Incluso, consideran que tendrá aplicaciones en medicina celular y cáncer.
La investigación, de carácter internacional, se publicó el pasado viernes en la revista Science y está liderada por las universidades de Barcelona y de Padua, y cuenta con la participación de la Universidad Complutense de Madrid y la Unidad de Biofísica Traslacional del Hospital público 12 de Octubre, entre otras instituciones.
Francisco Monroy: “El estudio presenta el primer mapa microscópico de la energía, entropía y del calor que produce una sola célula en cada momento”
“El estudio trasciende a décadas de exploración en biología celular, presentando el primer mapa microscópico de la energía, entropía y del calor que están siendo producidos por una sola célula en cada momento”, afirma Francisco Monroy, profesor e investigador del Instituto de Investigación del Hospital 12 de Octubre y responsable de los experimentos de calorimetría celular en vivo mediante microscopía de última generación.
Producción de entropía en el glóbulo rojo
Lo que ha conseguido este grupo de investigadores es medir por primera vez el flujo de calor de una célula individual. Este proceso se conoce en física como producción de entropía, que en biología, está muy relacionado con la eficiencia energética, por lo que se conecta directamente con el metabolismo y la regulación, esto es, según explica el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB), el conjunto de reacciones que dan soporte a la vida desde el interior de las células. “Poder caracterizar la producción de entropía en sistemas vivos es crucial para entender la eficiencia de los procesos de conversión de energía”, afirma el profesor Félix Ritort, investigador que ha coordinado esta colaboración desde el IN2UB.
Caracterizar la producción de energía y calor de un glóbulo rojo puede ayudar a comprender el metabolismo y la transformación de la energía en los seres vivos
Los investigadores aseguran que el hallazgo tiene profundas implicaciones en la comprensión del metabolismo y de la transformación de la energía en los sistemas vivos. “El calor es un síntoma de salud en la célula y nuestro hallazgo podría abrir un nuevo camino para determinar la salud celular y de los tejidos del organismo”, concluye Ritort.
Se han encontrado valores de producción de entropía de 10-15 calorías por segundo. “Se trata de valores ínfimos para la escala humana, tan pequeños como una milbillonésima parte de una caloría por cada célula. Sin embargo, es una cantidad extraordinaria para una maquinaria celular de tamaño microscópico que actúa en cada instante de manera exquisitamente regulada desde la escala molecular. La investigación constituye un avance fundamental en la física de la célula, entendida como una máquina térmica que procesa energía y produce entropía en intercambio con su propio entorno”, afirma Monroy.
El profesor Ritort señala que el calor es “un síntoma de salud” en la célula, en este caso, el glóbulo rojo
¿Cómo se mide el calor de esa “máquina térmica” llamada glóbulo rojo?
Los investigadores de este consorcio han determinado la producción de entropía mediante la medición de los movimientos activos de glóbulos rojos individuales, denominados de parpadeo, y de las fuerzas mecánicas que los causan desde el interior de la célula y que se encuentran en relación a su enorme adaptabilidad al torrente sanguíneo, particularmente en los pequeños vasos de la circulación capilar, por ejemplo, en la corteza frontal del cerebro humano donde hay una gran demanda de flujo de sangre y nutrientes.
Los autores han utilizado métodos mínimamente invasivos en vivo, tanto de manipulación óptica y sensado óptico de fuerzas, como de imagen celular resuelta en el tiempo mediante videomicroscopía ultrarápida con superresolución espacial, técnica en que el grupo de la Universidad Complutense y el Hospital 12 de Octubre es pionero.
“Es una nueva perspectiva del funcionamiento celular en términos de calor y fuerzas: óptimos y regulados en condiciones fisiológicas de salud, y alterados, desregulados o simplemente disfuncionales en situación de enfermedad”
El profesor Monroy considera que “asistimos al nacimiento de una nueva perspectiva del funcionamiento celular en términos de calor y fuerzas: óptimos y regulados en condiciones fisiológicas de salud, y alterados, desregulados o simplemente disfuncionales en situación de enfermedad”.
Esta nueva perspectiva sobre el funcionamiento de estas células llevará, según el investigador, a “aplicaciones del mapeo celular de calor y de la producción de entropía inmediatas en el diagnóstico médico, posibilitando nuevos pronósticos cuantitativos y de precisión. Otras muchas permanecen aún insospechadas en la arena de las terapias personalizadas, en particular en medicina celular, especialmente para el tratamiento de las enfermedades metabólicas y el cáncer”, concluye Monroy.
