La física que sucede dentro de tu cuerpo

 

circuito-vasos-sanguineos

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 de 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. 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 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 postdoctoral 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.”

#####################

-Instituto de Tecnología de Georgia.

-Imagen: Modelo de sistema de vasos sanguíneos, crédito, Rob Felt, Georgia Tech.

– Publicación: Meredith E. Fay, et al., “Cellular softening mediates leukocyte demargination and trafficking, thereby increasing clinical blood counts,” (PNAS 2016).

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
Esta entrada fue publicada en Noticias de Física y etiquetada , , . Guarda el enlace permanente.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s