Muestran el primer mapa de calor de un glóbulo rojo

Un estudio internacional con participación española ha diseñado una nueva metodología de mapeo termodinámico que permite determinar la potencia de un glóbulo rojo y su rendimiento mecánico como si fuese una máquina térmica. Con estos hallazgos, se abre un nuevo camino para determinar la salud celular y los tejidos del organismo con implicaciones inmediatas en diagnóstico médico y posibles aplicaciones en medicina celular y tratamiento del cáncer. 

El estudio, que acaba de publicarse en la revista Science, está liderado por las universidades de Barcelona y de Padua 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 y Francisco de Vitoria.

“Asistimos al nacimiento de una nueva perspectiva del funcionamiento celular en términos de calor y fuerzas. 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”, explica el profesor Francisco Monroy de la UCM e investigador asociado al Instituto de Investigación del Hospital 12 de Octubre i+12. En este sentido señala que, gracias a esta nueva metodología, en el campo de la medicina celular también hay esperanzas para hallar nuevos tratamientos para enfermedades metabólicas y el cáncer. 

Un novedoso hallazgo que, para el director médico de Medicina Responsable, el doctor Pedro Gargantilla, acerca a desentrañar el funcionamiento de una célula que, aunque a priori “tiene una estructura muy simple, ya que carece de núcleo y de mitocondrias”, juega un papel crucial en nuestro organismo, como encargada de llevar el oxígeno a todas las partes del cuerpo a través de la hemoglobina.

Los investigadores han medido por primera vez el flujo de calor en una célula individual, un proceso conocido en física como producción de entropía. La entropía 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. “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, coordinador del estudio 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. “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.

Un trabajo que “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”, según destaca Monroy.

Una investigación con tecnología punta mínimamente invasiva

El estudio ha 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”, afirma Monroy. El investigador apunta que es 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”. 

Para alcanzar estos resultados, los autores han utilizado métodos mínimamente invasivos en vivo, tanto de manipulación óptica de fuerzas, como de imagen celular resuelta en el tiempo mediante videomicroscopía ultrarrápida. Así 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.  Estos procesos guardan una estrecha relación con su “enorme adaptabilidad al torrente sanguíneo, particularmente en los pequeños vasos de la circulación capilar” que se encuentran, por ejemplo, en la corteza frontal del cerebro humano donde hay una gran demanda de flujo de sangre y nutrientes.

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