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08 Febrero 2016
del Sitio Web
EurekaAlert
traducción de Pedro
Donaire
09 Febrero 2016
del Sitio Web
BitNavegante
Versión original en ingles
La física puede desempeñar
un papel más importante de lo
que se piensa
para ayudar a controlar
procesos corporales clave,
como la forma en que el cuerpo
combate la infección.
Modelo de
sistema de vasos sanguíneos,
crédito, Rob Felt,
Georgia Tech.
Usando un modelo de sistema de vasos sanguíneos construido sobre un
microchip
de polímero, los investigadores han
demostrado que la suavidad relativa de los glóbulos blancos
determina si se mantienen en un estado latente a lo largo de las
paredes del vaso o entran en la circulación sanguínea para luchar
contra la infección.
Los cambios en estas propiedades
mecánicas de estas células - de rígidas a blandas - pueden activarse
como un efecto secundario de los fármacos comúnmente utilizados para
combatir la inflamación o aumentar la presión arterial.
Otros investigadores han descubierto que el flujo sanguíneo afecta a
las células que recubren las arterias, y que las partículas dentro
de las células tienden a congregarse cerca de paredes celulares.
Una mejor comprensión del papel de la
física en el ajuste de tales procesos biológicos podrían dar a los
investigadores nuevos enfoques para el diagnóstico y tratamiento de
enfermedades.
Este trabajo, pensamos que es el primero en mostrar cómo se pueden
controlar los efectos biofísicos allá donde se encuentran los
glóbulos blancos dentro de la circulación de la sangre, y publicado
en el Journal Proceedings of the National Academy of Sciences.
(1)
La investigación fue apoyada por el
Instituto Nacional del Corazón, Pulmón y la Sangre perteneciente a
los Institutos Nacionales de Salud (NIH), la National Science
Foundation (NSF), y la Asociación Americana del Corazón.
"Hemos demostrado que los glóbulos
blancos de la sangre, también conocidos como leucocitos,
responden físicamente a estos fármacos y que no es una
consecuencia biológica a esa respuesta", dijo Wilbur Lam,
profesor asistente del Departamento de Ingeniería Biomédica en
Georgia Tech y la Universidad de Emory.
"Esto puede sugerir nuevas formas de
tratar una enfermedad, y nuevos lugares donde buscar información
para el diagnóstico.
Puede haber biomarcadores físicos de
la enfermedad que podemos utilizar, además de los marcadores
biológicos y bioquímicos comunes que hemos estado utilizando."
El grupo de investigación de Wilbur
Lam comenzó a estudiar el tema para comprender mejor un efecto
secundario común de los fármacos glucocorticoides, como la
hidrocortisona, usada para tratar trastornos inflamatorios como el
asma y reacciones alérgicas.
Estos medicamentos hormonales suponen un
aumento de la cantidad de glóbulos blancos, un cambio que se había
atribuido los procesos biológicos, incluyendo una reducción de
"pegajosidad" entre las células y las paredes de los vasos
sanguíneos.
Dicho aumento de glóbulos blancos
también se ha observado con fármacos que soportan la presión
arterial, como la epinefrina, también conocida como
adrenalina.
"La explicación biológica para este
fenómeno parecía quedarse corta, por lo que se pensó que tal vez
podría atribuirse a otros factores, como los problemas físicos y
mecánicos", indicó Lam, que también es médico en el centro
Aflac Cancer and Blood Disorders de Salud del Departamento
de Pediatría de la Facultad de Medicina de la Universidad de
Emory.
Para examinar esta teoría, la graduada
Meredith Fay y el investigador post-doctoral David Myers,
construyeron sistemas modelo de vasos sanguíneos que incluye vasos
sanguíneos artificiales con diámetros tan estrechos como los
capilares más pequeños del cuerpo.
Para aislar los efectos atribuibles
únicamente a la física, estos sistemas - los cuales fueron
fabricados en el Instituto de electrónica y nanotecnología de
Georgia Tech para - no incluían las
células endoteliales que
normalmente revisten los vasos sanguíneos del cuerpo.
Al usar las muestras de sangre tomadas de un voluntario humano sano,
estudiaron el comportamiento de los glóbulos blancos de la sangre en
presencia y ausencia de la
dexametasona, un fármaco
glucocorticoide y epinefrina.
Trabajando con Todd Sulchek,
profesor de Ingeniería Mecánica de Georgia Tech, que utiliza la
microscopía de fuerza atómica para caracterizar la rigidez de los
glóbulos individuales de la sangre, antes y después de que hayan
estado expuestos a los fármacos, y pudieron determinar que los
fármacos hacen que las células se vuelvan significativamente más
blandas que antes de su exposición.
"Cuando etiquetamos con
fluorescencia los glóbulos blancos y los teñimos dentro de los
vasos artificiales, los glóbulos blancos siempre estaban
fluyendo a lo largo del borde de las paredes de estos vasos
sanguíneos artificiales", explicaba Lam.
"Pero cuando se expusieron al
fármaco, se iban al centro del canal y entraban en el flujo
sanguíneo principal.
Luego, descubrimos que los fármacos
causan que la remodelación de
la actina de las células, las
cuales constituyen el "esqueleto" de todas las células de los
mamíferos."
La hipótesis general del grupo es que el
cuerpo utiliza las propiedades mecánicas de estas células para
ayudar a controlar su actividad y dónde se localizan dentro de la
circulación.
La relativa blandura o rigidez de las
células, que chocan constantemente con miles de millones de otras
células en el torrente sanguíneo, incluyendo las células rojas y
blancas de la sangre, hace que dichas células se auto-organicen
y eso determina dónde terminan físicamente dentro del modelo de
vasos de la sangre y en el cuerpo humano.
"Las células blandas siempre están
fluyendo por el medio de la corriente sanguínea, mientras que
las más rígidas son secuestradas en los bordes", continuó Lam.
"Creemos que esta es la forma de
circular de los glóbulos blancos sanguíneos por el cuerpo y de
llegar así al lugar de una infección. Esta puede ser la forma en
que el cuerpo ordena y dirige los leucocitos para llegar a donde
se necesitan de manera muy eficiente."
Como siguiente paso, Lam espera estudiar
cómo las propiedades físicas afectan al movimiento de las células
madre hematopoyéticas, utilizadas en los trasplantes de médula ósea.
Una vez inyectadas por vía intravenosa
en el cuerpo, las células se circulan rápidamente hacia los sitios
de la médula ósea al que pertenecen, y creemos que las propiedades
mecánicas pueden estar desempeñando un papel en este proceso
referencial.
"Cada vez que hay un cambio en
alguna actividad celular o actividad fisiológica, tendemos a
tratar de explicarlo en un plano genético, lo activa o desactiva
los genes", dijo.
"La expresión génica es un proceso
relativamente complejo, y nuestra hipótesis es que,
probablemente, hay una gran cantidad de procesos celulares que
son mucho más simples y eficientes que el paradigma típico de la
expresión del ADN, la traducción del ARN, y luego la producción
de proteínas.
Un pequeño arreglo en la actina de
un glóbulo blanco sanguíneo permitirá su cambio de rígido a
blando, y este pequeño cambio, en sí mismo, puede tener
profundas consecuencias fisiológicas, como el ser transportado
de una parte a otra del cuerpo."
Referencia
-
Publicación: Meredith E. Fay, et
al., "Cellular
softening mediates leukocyte demargination and trafficking,
thereby increasing clinical blood counts," (PNAS
2016).
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