Una investigación internacional, en la que ha colaborado el Hospital 12 de octubre de Madrid, ha desarrollado el primer mapa de calor de un glóbulo rojo de la sangre, Una nueva metodología de mapeo termodinámico que permite determinar la potencia de la célula y su rendimiento mecánico como si fuese una máquina térmica. Se trata de un hallazgo fundamental, explican los investigadores, que abre camino para determinar la salud celular y los tejidos del organismo y que tendrá «implicaciones inmediatas» en diagnóstico médico y posibles aplicaciones en medicina celular y cáncer.
El estudio, que acaba de publicarse en la revista Science, está liderado desde las universidades de Barcelona y de Padua (Italia), y cuenta con la participación de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), en asociación con la Unidad de Biofísica Traslacional del Hospital público 12 de Octubre de la Comunidad de Madrid, además de las universidades Georg August de Gotinga (Alemania) y Francisco de Vitoria, también de Madrid.
Para el profesor Francisco Monroy de la Universidad Complutense de Madrid, investigador asociado al Instituto de Investigación del Hospital 12 de Octubre i+12, «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».
El flujo de calor
Los investigadores han medido por primera vez el flujo de calor en una célula individual, un proceso conocido en física como producción de entropía, apuntan desde el 12 de Octubre. La entropía se asocia frecuentemente al desorden y al caos, pero en biología está íntimamente relacionada con la eficiencia energética, encontrándose en conexión directa con el metabolismo y la regulación, es decir, el conjunto de reacciones químicas que dan soporte a la vida desde el interior de las células.
El descubrimiento de estos científicos tiene «profundas implicaciones en la comprensión del metabolismo y de la transformación de la energía en los sistemas vivos»
«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 Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB).
El descubrimiento de estos científicos tiene «profundas implicaciones en la comprensión del metabolismo y de la transformación de la energía en los sistemas vivos», apuntan desde el hospital público madrileño. «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.
Calorías por segundo
Se han encontrado valores de producción de entropía de 10-15 calorías por segundo, detallan los científicos. «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», afirma Monroy.
El profesor Francisco Monroy. / HOSPITAL 12 DE OCTUBRE
El profesor subraya que «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».
El torrente sanguíneo
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, precisan desde el 12 de Octubre.
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, uma técnica en la que el grupo de la Universidad Complutense y el Hospital 12 de Octubre es pionero.
Una nueva perspectiva
«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. Las aplicaciones del mapeo celular de calor y de la producción de entropía serán inmediatas en el diagnóstico médico, posibilitando nuevos pronósticos cuantitativos y de precisión», indica Monroy.
«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 el investigador.
