{"id":149859,"date":"2013-11-06T13:25:03","date_gmt":"2013-11-06T15:25:03","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=149859"},"modified":"2016-02-25T16:04:14","modified_gmt":"2016-02-25T19:04:14","slug":"fronteras-fluidas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/fronteras-fluidas\/","title":{"rendered":"Fronteras fluidas"},"content":{"rendered":"
\"Captura:

NIBSC\/ SCIENCE PHOTO LIBRARY<\/span>Captura: una c\u00e9lula de defensa denominada macr\u00f3fago (amarillo<\/em>) emite prolongaciones y envuelve a un eritrocito antes de digerirlo NIBSC\/ SCIENCE PHOTO LIBRARY<\/span><\/p><\/div>\n

Cada c\u00e9lula del organismo es similar a una metr\u00f3polis bulliciosa donde, en lugar de autom\u00f3viles y gente, circulan continuamente mol\u00e9culas y estructuras de varios tipos y tama\u00f1os, esenciales para mantenerla viva. Todo ese ajetreo, a veces fren\u00e9tico, ocurre en un espacio limitado, definido por una estructura extremadamente delgada y maleable: la membrana celular. Ese revestimiento de las c\u00e9lulas, que est\u00e1 formado por una doble capa de l\u00edpidos, un tipo de grasa que le otorga la viscosidad de un aceite refinado y lo torna relativamente fluido, contiene prote\u00ednas incrustadas por doquier. En los \u00faltimos a\u00f1os se viene comprendiendo que esa membrana, de aspecto fr\u00e1gil vista bajo el microscopio, desempe\u00f1a funciones bastante m\u00e1s complejas que la mera separaci\u00f3n del contenido interno del medio externo de las c\u00e9lulas.<\/p>\n

\u201cLa membrana es mucho m\u00e1s que el envoltorio del contenido celular\u201d, resume el bi\u00f3logo Bruno Pontes, investigador de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ). Actualmente en una etapa de posdoctorado en el Instituto de Mecanobiolog\u00eda de la Universidad Nacional de Singapur, en el Sudeste Asi\u00e1tico, Pontes es integrante de un equipo en R\u00edo de Janeiro que investiga las caracter\u00edsticas f\u00edsicas de la membrana celular y que recientemente midi\u00f3, con in\u00e9dito nivel de precisi\u00f3n, sus propiedades el\u00e1sticas.<\/p>\n

El grupo de la UFRJ, coordinado por el f\u00edsico Herch Moys\u00e9s Nussenzveig, conocido internacionalmente por sus estudios en \u00f3ptica, incluye bi\u00f3logos, matem\u00e1ticos, adem\u00e1s, por supuesto, de f\u00edsicos. En una serie de test realizados durante los \u00faltimos a\u00f1os, los cient\u00edficos utilizaron un haz de luz l\u00e1ser bastante concentrado para manipular en el laboratorio la membrana de las c\u00e9lulas cerebrales, de la sangre y de otros tejidos. Con la ayuda de esa herramienta denominada pinza \u00f3ptica \u2012en el punto de mayor concentraci\u00f3n, el l\u00e1ser induce la aparici\u00f3n de dipolos el\u00e9ctricos que permiten atraer y mover objetos microsc\u00f3picos y, por ejemplo, manipular c\u00e9lulas vivas sin da\u00f1arlas\u2012, ellos constataron que los distintos tipos de c\u00e9lulas presentan membranas con diferentes propiedades el\u00e1sticas.<\/p>\n

En experimentos bastante delicados, Pontes us\u00f3 el l\u00e1ser de la pinza para sujetar esferas microsc\u00f3picas de un material pl\u00e1stico e inmediatamente adherirlas en diferentes puntos de la membrana de las c\u00e9lulas. Segundos m\u00e1s tarde, empujaba cada una de las esferas a una velocidad constante hasta formar un tubo alargado de membrana: la fuerza necesaria para estirarla y formar un tubo ronda las decenas de piconewtons, algunos billon\u00e9simos de la fuerza que la gravedad ejerce sobre una manzana.<\/p>\n

Midiendo el radio del tubo y la fuerza necesaria para formarlo, fue posible obtener las dos magnitudes f\u00edsicas que determinan la elasticidad de la membrana: la tensi\u00f3n superficial (la resistencia a romperse) y la rigidez de curvatura (la resistencia a doblarse). En algunos casos, la elasticidad de la membrana vari\u00f3 tanto entre un tipo de c\u00e9lula y otro que, seg\u00fan Nussenzveig, \u201csalta a la vista que debe existir una relaci\u00f3n directa entre las propiedades de la membrana y la funci\u00f3n que la c\u00e9lula desempe\u00f1a en el organismo\u201d.<\/p>\n

Las neuronas, las c\u00e9lulas m\u00e1s abundantes en el cerebro, responsables del almacenamiento y de la transmisi\u00f3n de informaciones, tambi\u00e9n fueron aqu\u00e9llas con la membrana m\u00e1s flexible entre los cinco tipos de c\u00e9lulas estudiados. Con un formato bastante singular, la neurona posee un sector m\u00e1s voluminoso, el cuerpo celular, donde se encuentra el n\u00facleo, y otro compuesto por prolongaciones m\u00e1s delgadas y alargadas, los axones o dendritas, por donde se transmiten los impulsos el\u00e9ctricos hasta llegar a la neurona siguiente. En el cerebro, una neurona se conecta con otras por medio de esas extensiones que pueden remodelarse constantemente. Como conservan esa plasticidad y son bastante asim\u00e9tricas, tiene sentido, a juicio del grupo de la UFRJ, que su membrana sea m\u00e1s maleable.<\/p>\n

El segundo puesto en esta especie de escalaf\u00f3n de la flexibilidad lo ocuparon los astrocitos, seg\u00fan los resultados que publicaron los investigadores en julio de este a\u00f1o en la revista PLOS ONE<\/i>. Los astrocitos tienen la apariencia de estrellas y son el segundo tipo de c\u00e9lula m\u00e1s abundante en el cerebro, donde desempe\u00f1an la funci\u00f3n esencial de nutrir a las neuronas y regular la formaci\u00f3n de sinapsis, esto es, las conexiones entre una y otra neurona.<\/p>\n

Curiosamente, la c\u00e9lula cerebral con membrana m\u00e1s r\u00edgida tambi\u00e9n es la que generalmente es m\u00e1s activa y tambi\u00e9n capaz de sufrir m\u00e1s deformaciones: la microgl\u00eda. Similar al astrocito, pero con prolongaciones\u00a0 m\u00e1s extensas, la microgl\u00eda es la principal c\u00e9lula de defensa del sistema nervioso central. Con esas prolongaciones, ella sondea el entorno todo el tiempo, en busca de c\u00e9lulas enfermas y de agentes infecciosos. Cuando los detecta, emite prolongaciones y los engloba para inmediatamente destruirlos, en un proceso denominado fagocitosis.<\/p>\n

Los cient\u00edficos deducen que es l\u00f3gico que las propiedades f\u00edsicas de la membrana var\u00eden seg\u00fan el tipo de c\u00e9lula. Al fin y al cabo, c\u00e9lulas diferentes desempe\u00f1an en el organismo funciones distintas. \u201cLa membrana conecta el interior de la c\u00e9lula con el medio externo, permitiendo la interacci\u00f3n entre ambos\u201d, recuerda el f\u00edsico, coordinador del Laboratorio de Pinzas \u00d3pticas de la UFRJ. \u201cLa membrana tambi\u00e9n detecta se\u00f1ales qu\u00edmicas y est\u00edmulos mec\u00e1nicos del entorno y los transmite hacia el interior de la c\u00e9lula. Simult\u00e1neamente, sirve como plataforma para que la c\u00e9lula emita se\u00f1ales para el resto del organismo, indicando, por ejemplo, la necesidad de producir anticuerpos. Adem\u00e1s, le confiere la forma a la c\u00e9lula y tambi\u00e9n se deforma, permiti\u00e9ndole desplazarse por medio de la emisi\u00f3n de ap\u00e9ndices\u201d, concluy\u00f3.<\/p>\n

En los experimentos realizados en la UFRJ, Pontes y otros investigadores del equipo de Nussenzveig tambi\u00e9n comprobaron que la membrana de la microgl\u00eda presenta las mismas propiedades el\u00e1sticas de la membrana de otras c\u00e9lulas de defensa: los macr\u00f3fagos, que se generan en la m\u00e9dula de los huesos y son lanzados al torrente sangu\u00edneo, y donde se diseminan por el cuerpo (con excepci\u00f3n del sistema nervioso central). De manera similar a la microgl\u00eda, los macr\u00f3fagos tambi\u00e9n realizan fagocitosis, emitiendo prolongaciones que identifican, engullen y destruyen tanto c\u00e9lulas viejas como agentes infecciosos y part\u00edculas extra\u00f1as al organismo.<\/p>\n

\"050-053_Citoesqueleto_213-02\"<\/a>Para el grupo de la UFRJ, un origen embrionario com\u00fan podr\u00eda ser la explicaci\u00f3n para el hecho de que la membrana de los macr\u00f3fagos y de las microgl\u00edas compartan las mismas propiedades el\u00e1sticas. Ambas c\u00e9lulas provienen del mesodermo, una de las tres capas de c\u00e9lulas que forman el embri\u00f3n en sus etapas iniciales (el resto de las c\u00e9lulas del sistema nervioso central se originan en el ectodermo). Y conservan varias caracter\u00edsticas en com\u00fan, aunque migren hacia regiones diferentes del cuerpo durante el desarrollo: la microgl\u00eda se dirige hacia el sistema nervioso central, mientras que el macr\u00f3fago circula por los tejidos perif\u00e9ricos.<\/p>\n

\u201cSon como hermanos que se criaron juntos en la infancia y luego, de adultos, van a vivir a pa\u00edses distintos\u201d, compara Pontes. \u201cConservan muchas caracter\u00edsticas comunes, aunque vivan separadas en contextos diferentes\u201d. Nussenzveig recuerda que, tanto la microgl\u00eda como el macr\u00f3fago deben soportar fuerzas intensas y una gran deformaci\u00f3n en sus superficies durante la fagocitosis, lo cual justificar\u00eda que poseyeran membranas m\u00e1s resistentes.<\/p>\n

No obstante, esa rigidez no es permanente. Es alrededor de cuatro veces superior a la de la membrana de las neuronas cuando la microgl\u00eda y el macr\u00f3fago se encuentran inactivos, en estado de reposo. Y decrece a alrededor de la mitad de la inicial cuando esas c\u00e9lulas de defensa son activadas.<\/p>\n

Los investigadores registraron ese aumento en la flexibilidad cuando trataron a los macr\u00f3fagos y microgl\u00edas con compuestos que se encuentran en las paredes de bacterias. Esos compuestos despiertan a las c\u00e9lulas defensivas y las activan. \u201cLa disminuci\u00f3n de la rigidez de curvatura les facilita a esas c\u00e9lulas doblarse y emitir prolongaciones, prepar\u00e1ndose para fagocitar\u201d, explica Nussenzveig.<\/p>\n

La similitud hallada entre macr\u00f3fagos y microgl\u00edas tambi\u00e9n se observ\u00f3 entre astrocitos y c\u00e9lulas de glioblastoma, un tipo devastador de tumor cerebral que se produce debido a la proliferaci\u00f3n descontrolada de astrocitos. \u201cTodav\u00eda no conocemos los detalles acerca de c\u00f3mo tales propiedades afectan en la funci\u00f3n de una c\u00e9lula\u201d, dice Pontes. \u201cPero el hecho de que las constantes el\u00e1sticas se modifiquen de acuerdo con el entorno y el estado en que se encuentra la c\u00e9lula ciertamente ejerce alguna influencia sobre su desempe\u00f1o\u201d, comenta el bi\u00f3logo, quien trabaja en Singapur junto con el equipo de Nils Gauthier intentando comprender mejor c\u00f3mo esas propiedades el\u00e1sticas de la membrana podr\u00edan orquestar una serie de fen\u00f3menos en el interior de la c\u00e9lula.<\/p>\n

\u201cEsos son indicios bastante consistentes de que las propiedades el\u00e1sticas de la membrana conservan una relaci\u00f3n directa con la funci\u00f3n de la c\u00e9lula en el organismo\u201d, dice Nussenzveig. En el trabajo publicado en la revista PLOS ONE<\/i>, el equipo de la UFRJ tambi\u00e9n demostr\u00f3 que la flexibilidad de la membrana no depende solamente de los l\u00edpidos que la constituyen. Lo que determina en gran medida su rigidez es el denominado citoesqueleto de actina: una red difusa de filamentos de la prote\u00edna actina que se distribuyen por el interior de la c\u00e9lula y se unen con las prote\u00ednas aprisionadas en la membrana.<\/p>\n

Antes de ese trabajo, se cre\u00eda que los tubos de membrana que se forman cuando se manipula a la c\u00e9lula con una pinza \u00f3ptica estaban constituidos por membrana pura, o sea, casi exclusivamente por l\u00edpidos. El grupo de la UFRJ demostr\u00f3 que, al presionar la membrana, junto con los l\u00edpidos, tambi\u00e9n se arrastra el citoesqueleto. Anteriores observaciones, realizadas por el grupo de Michel Sheetz, director del Instituto de Mecanobiolog\u00eda en Singapur, donde Pontes realiza su posdoctorado desde el comienzo del a\u00f1o, no ten\u00edan en cuenta la influencia de esa red de fibras proteicas. Tal situaci\u00f3n, seg\u00fan los investigadores de la UFRJ, no condice con la realidad. \u201cUna c\u00e9lula con membrana pura, desacoplada del citoesqueleto, no existe, pues ser\u00eda muy inestable\u201d, explica Nussenzveig. \u201cEn la c\u00e9lula, la membrana queda anclada a una especie de alfombra de actina, la corteza, que le confiere mayor rigidez\u201d.<\/p>\n

Su grupo tambi\u00e9n verific\u00f3 que la membrana de las c\u00e9lulas es decenas de veces m\u00e1s resistente de lo que se pensaba. Especialista en \u00f3ptica y fundador del Laboratorio de Pinzas \u00d3pticas de la UFRJ, \u00e9l y los f\u00edsicos Nathan Bessa Viana y Paulo Am\u00e9rico Maia Neto notaron que, de una manera general, las pinzas \u00f3pticas \u2012que consisten en un sistema l\u00e1ser acoplado a un microscopio\u2012 sufr\u00edan una especie de defecto de visi\u00f3n, que interfer\u00eda en las mediciones. Ese defecto es una aberraci\u00f3n \u00f3ptica denominada astigmatismo, una alteraci\u00f3n en el enfoque del l\u00e1ser que disminuye la fuerza que el mismo es capaz de ejercer. Luego de estudiar el tema durante 13 a\u00f1os, el equipo de la UFRJ afirma que identific\u00f3 la causa del problema y hall\u00f3 una forma para corregirlo. \u201cEl trabajo que describe tales correcciones ya fue remitido y ser\u00e1 publicado pronto\u201d, comenta Nussenzveig.<\/p>\n

\u201cFinalmente la pinza ha sido completamente entendida a partir de sus principales principios\u201d, dice el f\u00edsico. As\u00ed, \u00e9l considera que su grupo ha logrado un control completo sobre la pinza y c\u00f3mo aumentar su nivel de captura. \u201cAntes de nuestros trabajos, la calibraci\u00f3n se hac\u00eda de manera indirecta, comparando con una fuerza hidrodin\u00e1mica, provocada por el roce entre la microesfera pl\u00e1stica y el fluido\u201d, comenta. Como consecuencia de esa calibraci\u00f3n menos precisa del instrumental, surg\u00edan grandes diferencias, del orden de hasta 10 veces, en las mediciones realizadas por distintos laboratorios. \u201cNuestro grupo es el \u00fanico que por ahora ha logrado la calibraci\u00f3n absoluta y nuestros resultados son confiables dentro de la precisi\u00f3n que puede alcanzarse en biolog\u00eda celular\u201d, sostiene Nussenzveig, quien, a sus 80 a\u00f1os, sigue entusiasmado con sus investigaciones y sabe que a\u00fan se halla lejos de obtener un modelo f\u00edsico de la membrana celular. \u201cHay teor\u00edas que apuntan a hallar analog\u00edas con materiales que ya conocemos para describir el funcionamiento de la membrana celular\u201d, relata. \u201cPero son rudimentarias. No basta con tratar a los materiales como sistemas inertes, pasivos. Se necesita tener en cuenta las reacciones de la c\u00e9lula como un sistema vivo\u201d.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/span><\/em>PONTES, B. et al<\/em>. Membrane elastic properties and cell function<\/a>. PLOS ONE<\/b>. 3 de jul. 2013.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Propiedades el\u00e1sticas de la membrana celular var\u00edan","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[278,304],"coauthors":[105],"class_list":["post-149859","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-biologia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149859","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=149859"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149859\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=149859"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=149859"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=149859"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=149859"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}