Fracking a flor de piel
Xavier Pujol Gebellí
CIENCIA | BIOMEDICINA | 15/02/2015
Las capas formadas por células epiteliales, básicamente las que recubren el cuerpo o las estructuras internas del organismo, pueden romperse por fractura hidráulica, un proceso muy similar al fracking empleado para extraer gas y petróleo de esquisto del subsuelo. El hallazgo, firmado por investigadores del IBEC en Barcelona, rompe el paradigma clásico de las roturas de tejidos blandos y abre un sinfín de nuevas hipótesis por su carácter “inesperado e imprevisto”.
En el fracking de tejidos se observan pequeñas fracturas entre células (en azul) que se cerrarán tras varios minutos | IBEC
Un tejido blando, como los pulmones, los riñones, la piel o los vasos sanguíneos en su conjunto, puede romperse a causa de un golpe o cualquier otra acción traumática, o, sorpresivamente, por la presión hidráulica ejercida por los líquidos que conforman la matriz extracelular y no por fuerzas de tensión como se había creído hasta ahora. Así se desprende de un artículo publicado en la revista Nature Materials en el que investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y de la Universidad Politécnica de Cataluña describen por vez primera lo que se ha convenido en llamar fracking celular.
"Uno espera que la rotura de un tejido empiece en un punto dado y de ahí se propague como cuando se rasga una tela", explica Xavier Trepat, profesor ICREA y líder de la línea de investigación de Dinámica Integrativa de Células y Tejidos en el IBEC. La realidad, al menos en las capas de células epiteliales que recubren órganos y tejidos blandos en el organismo humano, además de la piel, es bien distinta, según han descubierto tras cinco largos años de investigación. "Surgen microfracturas como si fueran poros minúsculos en cualquier punto de la capa celular."
Las fracturas no se producen como consecuencia de las deformaciones a las que continuamente están sometidas las capas de células epiteliales, sino debido a la presión que ejercen los líquidos, sobre todo agua, que forman la matriz extracelular, una fina capa de fluidos y fibras como el colágeno, sobre la que reposan las epiteliales. "La capa se rompe por los puntos de unión entre las células", señala Trepat. Las fracturas, como también han podido observar, se regeneran de forma natural a los pocos minutos por las fuerzas de contracción ejercidas por las propias células.
Una fina capa
Las primeras células epiteliales aparecen durante el desarrollo embrionario contribuyendo a dar forma al organismo y a sus estructuras internas. A medida que avanzan las distintas etapas hasta el nacimiento, este tipo de células acaban formando una finísima capa que, en algunos casos, no alcanza el milímetro de grosor. Literalmente, envuelven al cuerpo y a órganos internos y las distintas capas presentan siempre un delicado equilibrio entre su elasticidad y resistencia, imprescindible para resistir a las continuas deformaciones a las que están expuestas, y su permeabilidad o justo lo contrario dependiendo del caso.
Se trata de unas capas celulares "especialmente importantes" porque protegen de la entrada de organismos patógenos, canalizan la circulación de fluidos como la sangre o la orina y participan de procesos fisiológicos como la absorción de nutrientes, entre otras funciones. Asimismo, presentan unas propiedades mecánicas "peculiares" que son el resultado de la respuesta a fuerzas físicas.
"Hay muchísima evidencia de que cuando estas capas se rompen se compromete la salud", señala Trepat. Este es el caso, sin ir más lejos, del edema pulmonar, un proceso que se da cuando la sangre pasa de venas, arterias y capilares al espacio pulmonar. El edema es debido en última instancia a la rotura de estas capas celulares. La importancia de la integridad de las mismas es conocida desde hace años, pero no cómo la mantienen o dejan de hacerlo en respuesta a una deformación o a un cambio de presión, prosigue el investigador formado en Harvard.
Durante la respiración, continúa con el ejemplo, los pulmones se llenan de aire, por lo que la capa de células epiteliales tiene que ensancharse, lo cual es indicativo de flexibilidad, al tiempo que resistencia. "Si la fina capa celular se rompiera, comprometería la integridad del tejido" por el eventual ataque de patógenos o la entrada de fluidos. Mientras estas características se manifiestan en los pulmones, en los vasos sanguíneos se aprecia otra igualmente importante, la impermeabilidad.
Presión y fractura
Todos estos movimientos implican deformaciones y el interés del grupo de Trepat se centró desde su regreso de Harvard en ver la respuesta de las células a este mecanismo natural. Tras años de trabajo, han conseguido desarrollar una tecnología que les permite ver y medir este fenómeno en células en cultivo como si se tratara de los pulmones durante la respiración, las paredes de los vasos cuando late el corazón o los intestinos en los movimientos peristálticos.
Células epiteliales de riñón | ScienCell Reasearch Laboratories
Y la respuesta que han obtenido es que efectivamente las capas de células epiteliales se fracturan cuando son sometidas a una fuerza. La sorpresa, dice el investigador, es que "se fracturan de una forma muy distinta a la esperada".
En lugar de observar una gran fractura que se propaga a lo largo del tejido, lo que se observa son microfracturas distribuidas a lo largo de la capa celular, algo no visto en estudios previos. Tras muchas cavilaciones el grupo llegó a la conclusión que se trata de un fenómeno de fracking o fractura hidráulica debida a una diferencia de presión a ambos lados de la capa. Las células se separan por sus puntos de unión.
La explicación se encuentra en la matriz extracelular, un hidrogel compuesto por agua y fibras, principalmente, sobre el que descansan las células epiteliales. Cuando se suceden las deformaciones, los líquidos generan diferencias de presión, que es lo que acaba generando la fractura. Por fortuna, estas microfracturas espontáneas se regeneran a los pocos minutos salvo, obviamente, que se produzcan en un tejido ya dañado por una enfermedad.
Nueva explicación a un viejo problema
El mecanismo fisiopatológico del edema pulmonar o de la rotura de un capilar sanguíneo son de sobras conocidos. El descubrimiento de Xavier Trepat y su grupo, sin embargo, podría aportar luz a un mejor conocimiento de qué ocurre y, por consiguiente, qué medidas podrían implementarse para prevenir eventuales fracturas. Por ejemplo, imaginar futuros fármacos basados en este fenómeno.
Xavier Trepat: «Cada especialista se imagina este fenómeno de fracking aplicado a su campo particular.»
En los congresos internacionales donde se presenta su descubrimiento, señala Trepat, cada especialista se imagina el fenómeno aplicado a su campo particular. Aspectos relacionados con la piel, por un lado, pero también se abren posibilidades para neurólogos, expertos en riñón o en sistema digestivo. El propio Trepat imagina modelos para el estudio de la permeabilidad pulmonar. Sin embargo, admite, "se trata de un mecanismo tan inesperado y poco intuitivo" que todavía no ha sido capaz de imaginarse campos de aplicación futura concretos.
A lo único que se atreve, de momento, es a imaginar el fenómeno descubierto como un posible mecanismo de entrada para fármacos del mismo modo que ocurre en el subsuelo para la extracción de gas de esquisto por fracking. Se trataría de inyectar el fármaco y provocar una fractura por presión hidráulica, describe, y aprovechar la autorregeneración natural del tejido para cerrar la fractura. Sería algo así como inducir una permeabilidad transitoria en un tejido para la distribución de fármacos o incluso o nutrientes de forma localizada.
Xavier Pujol Gebellí
Periodista
