Saber cómo las células perciben y responden a las señales mecánicas es importante para entender muchos procesos biológicos y podría tener aplicaciones en la medicina regenerativa y en el tratamiento de enfermedades. El grupo de investigación Bionanosurf, perteneciente al Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad de Zaragoza) tiene en marcha dos proyectos de investigación para estudiar estos fenómenos.

Se estima que en el cuerpo humano hay alrededor de 37 billones (millones de millones) de células. Recientemente se está prestando mucha atención a cómo responden estas células a las diferentes fuerzas mecánicas que se producen sobre ellas y el impacto que eso tiene en un gran número de enfermedades, como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares o las neurológicas.

Para ‘sentir’ las distintas fuerzas, las células cuentas con unas proteínas en la membrana celular llamadas mecanorreceptores, capaces de detectar fuerzas mecánicas que actúan sobre las células, como la presión y la tensión. Cuando una célula es sometida a una fuerza mecánica, estos mecanorreceptores se activan y envían señales al interior de la célula. Estas señales pueden ser transmitidas por una variedad de vías bioquímicas, que activan una serie de procesos celulares como la división celular, la adhesión, la migración y la muerte celular, dependiendo del tipo de célula y de la intensidad y duración de la fuerza mecánica.

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Desde el grupo de investigación Bionanosurf queremos ser capaces de aplicar fuerzas sobre diferentes células para intentar entender mejor estos procesos y a partir de ahí desarrollar nuevas terapias médicas. Para ello, estamos estudiando cómo se puede activar uno de estos mecanorreceptores llamado Piezo 1.

De la misma manera que podemos jugar con imanes y mover virutas metálicas a distancia con un imán, nosotros queremos anclar imanes diminutos, las nanopartículas magnéticas, a las células para generar fuerzas sobre ellas usando campos magnéticos. Esto tiene gran relevancia para el futuro desarrollo de terapias médicas, ya que se ha visto que Piezo 1 juega un papel muy importante en el desarrollo de enfermedades como el cáncer, la aterosclerosis o la anemia de células falciformes entre otras.

Proyecto Galactic

Proyecto Magpiez

¿Cómo sienten las células la fuerza?

La mecanotransducción es el proceso por el que las células perciben y responden a fuerzas mecánicas, como son la tensión, la compresión, y el flujo de fluidos. Este proceso implica la conversión de fuerzas mecánicas en señales bioquímicas que pueden desencadenar diversas respuestas celulares. Algunos ejemplos de mecanotransductores son las integrinas, las cadherinas o los canales iónicos. La mecanotransducción es esencial para muchos procesos fisiológicos, como el desarrollo de tejidos, el mantenimiento de la presión arterial y la contracción muscular, y también interviene en diversas patologías, como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y la osteoporosis. La comprensión de los mecanismos subyacentes a la mecanotransducción es un área de investigación en rápido crecimiento, con aplicaciones potenciales en la medicina regenerativa y el desarrollo de nuevas terapias para enfermedades.

¿Qué es Piezo? ¿Por qué está de moda este canal de las células?

Piezo 1 y 2 pertenecen a una familia de proteínas denominadas canales iónicos. Ante estímulos como tensión, compresión o cambios en la presión de los fluidos, estos canales mecanosensibles pueden abrirse, permitiendo la afluencia de iones al interior de las células, y con esto, el inicio de múltiples reacciones bioquímicas. Fueron descubiertos por primera vez en 2010 por Ardem Patapoutian (recientemente galardonado con el Premio Nobel en Fisiología y Medicina en 2021). Piezo 1 se ha identificado en células no sensoriales en la mayoría de los tejidos y sistemas de órganos de nuestro organismo, mientras que Piezo 2 está expresado en células sensoriales como las neuronas. En los vertebrados, la expresión de los canales Piezo es necesaria para la supervivencia, ya que estos receptores están implicados en procesos fisiológicos como el tacto, la percepción del dolor y la regulación de la presión arterial. Además, están relacionados con estados patológicos como la xerocitosis hereditaria y el desarrollo de ciertos tumores. Por tanto, resultan muy prometedores como posibles dianas terapéuticas novedosas.

¿Qué tiene que ver la guerra de las galaxias con nuestros proyectos?

En la saga de películas de ‘Star Wars’ los Jedi eran capaces de usar la Fuerza y esto ha inspirado el nombre de una serie de moléculas que son capaces de interaccionar con los canales Piezo, que, de otra manera, también son capaces de sentir fuerzas. En concreto, Jedi 1, Jedi 2 y Yoda 1 son moléculas capaces de activar los canales Piezo 1. Estas moléculas con nombre de protagonista de saga espacial se pueden unir a los canales Piezo y modular su sensibilidad mecánica y la selectividad a los iones que pasan a través de estos canales. Estas moléculas se están utilizando en diferentes trabajos de investigación para estudiar la actividad de los canales Piezo, para entender sus funciones y aprender más sobre cómo funcionan estos receptores.

Raluca Fratila, Lucía Gutiérrez, María Moros y Susel del Sol Grupo Bionanosurf, Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (CSIC-Unizar)

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