La guerra contra la enfermedad: revisitando viejos lugares
A pesar del flujo ininterrumpido de descubrimientos de la ciencia médica, una serie de enfermedades de alto perfil siguen siendo investigadores. Hoy, los científicos buscan nuevas pistas a lo largo de caminos trillados.
A medida que los científicos profundizan en los mecanismos que se encuentran detrás de afecciones difíciles de tratar como la diabetes y la enfermedad de Alzheimer, revisan los bordes de la ciencia, buscan hilos sueltos y mete los dedos en rincones con poca luz.
Pero debido a que no siempre se reciben respuestas desde ángulos nuevos, vale la pena volver de vez en cuando, abrir puertas viejas y volver a visitar rostros familiares.
Recientemente, por ejemplo, se “descubrió” un nuevo órgano escondido a plena vista. El intersticio, un sistema de bolsas llenas de líquido, ahora se considera uno de los órganos más grandes del cuerpo.
Anteriormente, se pensaba que el intersticio era bastante intrascendente; poco más que papel adhesivo anatómico que permite que los órganos adecuados funcionen correctamente. Pero cuando las técnicas de imagen de vanguardia se enfocaron, su tamaño e importancia se hicieron evidentes.
Ahora, los científicos se preguntan qué puede enseñarnos sobre el edema, la fibrosis y la problemática capacidad del cáncer de diseminarse.
En la investigación, todo el mundo sabe que no se debe dejar piedra sin remover. El intersticio, sin embargo, nos recuerda que deben girarse varias veces y a intervalos regulares.
En este artículo, cubrimos algunos aspectos familiares de la biología celular que se están revisando y que brindan formas desconocidas de comprender las enfermedades.
Microtúbulos: más que un andamio
A través del citoplasma de todas y cada una de las células hay una red compleja de proteínas llamada citoesqueleto, un término acuñado por primera vez por Nikolai Konstantinovich Koltsov en 1903. Uno de los componentes principales del citoesqueleto son las proteínas tubulares largas llamadas microtúbulos.
Los microtúbulos ayudan a mantener la célula rígida, pero también juegan un papel fundamental en la división celular y el transporte de compuestos alrededor del citoplasma.
La disfunción de los microtúbulos se ha relacionado con afecciones neurodegenerativas, incluidas las dos grandes: las enfermedades de Parkinson y Alzheimer.
Los ovillos neurofibrilares, que son hilos anormalmente retorcidos de una proteína llamada tau, son una de las características del Alzheimer. Por lo general, junto con las moléculas de fosfato, tau ayuda a asegurar los microtúbulos. En las neuronas de Alzheimer, sin embargo, las proteínas tau transportan hasta cuatro veces más fosfato de lo normal.
La hiperfosforilación reduce la estabilidad y la velocidad a la que se fabrican los microtúbulos, y también puede provocar que los microtúbulos se desmonten.
No se comprende completamente cómo esta alteración en la producción de microtúbulos conduce a la neurodegeneración, pero los investigadores están interesados en ver si intervenir en estos procesos algún día podría ayudar a tratar o prevenir la enfermedad de Alzheimer.
Los problemas con los microtúbulos no se reservan únicamente para afecciones neurológicas. Desde la década de 1990, los científicos han estado discutiendo si podrían estar en la raíz de los cambios celulares que conducen a un ataque cardíaco.
El estudio más reciente que analizó esta cuestión concluyó que los cambios químicos en la red de microtúbulos de las células del corazón las hacían más rígidas y menos capaces de contraerse como deberían.
Los autores creen que el diseño de fármacos que se dirijan a los microtúbulos podría eventualmente ser una forma viable de "mejorar la función cardíaca".
Más allá de la central eléctrica
Si solo aprendiste una cosa en la clase de biología, es probable que "las mitocondrias sean las centrales eléctricas de la célula". Vislumbrado por primera vez en el siglo XIX, los científicos de hoy se preguntan si las mitocondrias podrían estar en connivencia con una variedad de enfermedades.
El papel de las mitocondrias en la enfermedad de Parkinson ha recibido la mayor atención.
De hecho, a lo largo de los años, se ha implicado una variedad de fallas mitocondriales en el desarrollo del Parkinson.
Por ejemplo, pueden surgir problemas en las complejas vías químicas que generan energía en las mitocondrias y pueden ocurrir mutaciones en el ADN mitocondrial.
Además, las mitocondrias pueden dañarse por la acumulación de especies reactivas de oxígeno que se producen como subproducto de la producción de energía.
Pero, ¿cómo estas fallas producen los síntomas distintivos del Parkinson? Después de todo, las mitocondrias se encuentran en prácticamente todas las células del cuerpo humano.
La respuesta parece estar en el tipo de células afectadas en el Parkinson: neuronas dopaminérgicas. Estas células son especialmente susceptibles a la disfunción mitocondrial. En parte, esto parece deberse a que son particularmente sensibles al ataque oxidativo.
Las neuronas dopaminérgicas también dependen en gran medida del calcio, un elemento que las mitocondrias controlan. Sin el control del calcio mitocondrial, las células nerviosas dopaminérgicas sufren desproporcionadamente.
También se ha discutido un papel mitocondrial en el cáncer. Las células malignas se dividen y se replican de forma descontrolada; esto es energéticamente caro, lo que convierte a las mitocondrias en los principales sospechosos.
Más allá de la capacidad de las mitocondrias para generar energía para las células cancerosas, también ayudan a las células a adaptarse a entornos nuevos o estresantes. Y, debido a que las células cancerosas tienen una capacidad asombrosa para moverse de una parte del cuerpo a otra, establecerse y seguir multiplicándose sin detenerse para respirar, las mitocondrias también son sospechosas de ser villanos aquí.
Además de la enfermedad de Parkinson y el cáncer, existe evidencia de que las mitocondrias también pueden intervenir en el desarrollo de la enfermedad del hígado graso no alcohólico y algunas afecciones pulmonares. Todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo estos orgánulos industriosos influyen en la enfermedad.
El siguiente nivel del microbioma
Los bacteriófagos son virus que atacan a las bacterias. Y, con el creciente interés en las bacterias intestinales, no es de extrañar que los bacteriófagos hayan comenzado a llamar la atención. Si las bacterias pueden influir en la salud, algo que las mata seguramente también puede hacerlo.
Las bacterias, presentes en todos los ecosistemas de la tierra, son famosas por su gran número. Los bacteriófagos, sin embargo, los superan en número; un autor se refiere a ellos como "prácticamente omnipresentes".
La influencia del microbioma en la salud y la enfermedad es una intrincada red de interacciones que apenas estamos empezando a desentrañar.
Y cuando el viroma, nuestros virus residentes, se agrega a la mezcla, se vuelve exponencialmente laberíntico.
Sabiendo lo importantes que son las bacterias en la enfermedad y en la salud, solo se requiere un pequeño salto de imaginación para considerar cómo los bacteriófagos, que son específicos de diferentes cepas de bacterias, algún día pueden ser médicamente útiles.
De hecho, los bacteriófagos se utilizaron para tratar infecciones en las décadas de 1920 y 1930. Cayeron en desgracia principalmente porque aparecieron en escena antibióticos, que eran más fáciles y baratos de almacenar y producir.
Pero con el peligro de la resistencia a los antibióticos asomando por la cabeza, un cambio hacia la terapia con bacteriófagos podría estar en juego.
Los bacteriófagos también tienen la ventaja de ser específicos de una bacteria, a diferencia del amplio alcance de los antibióticos en muchas especies.
Aunque el resurgimiento del interés por los bacteriófagos es nuevo, algunos ya ven un papel potencial en la lucha contra las "enfermedades cardiovasculares y autoinmunes, el rechazo de injertos y el cáncer".
A la deriva en balsas de lípidos
Cada célula está recubierta por una membrana lipídica que permite que ciertos químicos entren y salgan mientras bloquea el paso de otros. Lejos de ser una simple bolsa llena de bits, las membranas lipídicas son entidades complejas, repletas de proteínas.
Dentro del complejo de membranas, las balsas lipídicas son islas discretas donde se congregan canales y otros equipos celulares. El propósito exacto de estas estructuras se debate acaloradamente, pero los científicos se están ocupando de comprender lo que podrían significar para una serie de afecciones, incluida la depresión.
Investigaciones recientes concluyeron que comprender estas regiones podría ayudarnos a comprender cómo funcionan los antidepresivos.
Las proteínas G, que son interruptores celulares transmisores de señales, se desactivan cuando se desplazan hacia las balsas de lípidos. Cuando baja su actividad, se reduce la activación neuronal y la comunicación, lo que, teóricamente, podría provocar algunos síntomas de depresión.
En el otro lado de la moneda, se ha demostrado que los antidepresivos desplazan las proteínas G fuera de las balsas de lípidos, reduciendo así los síntomas depresivos.
Otros estudios han investigado el papel potencial de las balsas de lípidos en la resistencia a los medicamentos y la metástasis en el cáncer de páncreas y ovario, así como la desaceleración cognitiva en el camino hacia la enfermedad de Alzheimer.
Aunque la estructura de doble capa de la membrana lipídica se descubrió por primera vez a mediados del siglo pasado, las balsas lipídicas son una adición relativamente nueva a la familia celular. Muchas preguntas sobre su estructura y función aún no han recibido respuesta.
Las cosas buenas vienen en paquetes pequeños
En resumen, las vesículas extracelulares son pequeños paquetes que transportan sustancias químicas entre las células. Ayudan a comunicarse y participan en procesos tan variados como la coagulación, el envejecimiento celular y la respuesta inmune.
Debido a que llevan mensajes de un lado a otro como parte de una gama tan amplia de vías, no es de extrañar que tengan el potencial de salir mal y verse envueltos en enfermedades.
Además, debido a que pueden transportar moléculas complejas que incluyen proteínas y ADN, existe la posibilidad de que puedan transportar materiales específicos de la enfermedad, como las proteínas involucradas en enfermedades neurodegenerativas.
Los tumores también producen vesículas extracelulares y, aunque su función aún no se comprende completamente, es probable que ayuden a que el cáncer se instale en lugares distantes.
Si podemos aprender a leer estas señales de humo intercelulares, podríamos conocer una gran cantidad de procesos patológicos. En teoría, todo lo que tenemos que hacer es aprovecharlos y descifrar el código, lo que, por supuesto, será un desafío monumental.
Debajo del pliegue
Si estudió biología, es posible que tenga un vago recuerdo del retículo endoplásmico (ER) agradable de pronunciar. También puede recordar que es una red interconectada de sacos aplanados dentro del citoplasma, ubicado cerca del núcleo.
El ER, visto por primera vez bajo un microscopio a fines del siglo XIX, pliega las proteínas y las prepara para la vida en el duro entorno fuera de la célula.
Es vital que las proteínas se doblen correctamente; si no es así, la sala de emergencias no los transportará a su destino final. En momentos de estrés, cuando la sala de emergencias está trabajando horas extras, se pueden acumular proteínas mal dobladas o desplegadas. Esto desencadena la llamada respuesta de proteína desplegada (UPR).
Una UPR intenta restablecer el funcionamiento celular normal eliminando la acumulación de proteínas desplegadas. Para hacer esto, evita una mayor producción de proteínas, descompone las proteínas mal dobladas y activa la maquinaria molecular que puede ayudar a agrietarse con algo de plegado.
Si la sala de emergencias no logra volver a encarrilarse y la UPR no logra volver a alinear la situación de las proteínas de la célula, la célula está marcada para la muerte por apoptosis, un tipo de suicidio celular.
El estrés en urgencias y el consiguiente EPU se han relacionado con una serie de enfermedades, una de las cuales es la diabetes.
La insulina es fabricada por las células beta pancreáticas y, debido a que la producción de esta hormona varía a lo largo del día, la presión sobre el ER aumenta y disminuye, lo que significa que estas células dependen de la señalización UPR eficiente.
Los estudios han demostrado que el nivel alto de azúcar en sangre aumenta la presión sobre la síntesis de proteínas. Si la UPR no puede volver a encarrilar las cosas, las células beta se vuelven disfuncionales y mueren. A medida que el número de células beta disminuye, la insulina ya no se puede crear cuando se necesita y se desarrollará diabetes.
Estos son tiempos fascinantes para involucrarse en la ciencia biomédica y, como lo demuestra este breve vistazo, todavía tenemos mucho que aprender, y cubrir el terreno antiguo puede ser tan útil como abrir nuevos horizontes.
