Ha sido premiados como los descubridores de “las bases moleculares y neuronales para las sensaciones térmicas y mecánicas”
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Sus estudios se basan en comprender cómo funciona el sistema y saber cómo protegernos, especialmente contra el dolor
El XIII Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biología y Biomedicina ha sido concedido al bioquímico David Julius, de la Universidad de California en San Francisco, y al biológo molecular Ardem Patapoutian, del Instituto Scripps de La Jolla (EEUU), por “identificar los receptores que nos permiten percibir la temperatura, el dolor y la presión”, señala el acta del jurado. “La temperatura, el dolor y la presión forman parte de nuestro sentido del tacto, quizás el menos comprendido de los cinco sentidos humanos.Y Julius y Patapoutian han desvelado las bases moleculares y neuronales para las sensaciones térmicas y mecánicas”, continúa el fallo del jurado.
El bioquímico David Julius ha identificado el primer receptor de temperatura que, entre otras muchas cosas, proporcionará conocimientos para desarrollar nuevos tipos de analgésicos y fármacos. “Para descubrir los primeros receptores o detectores de temperatura nos dirigimos al mundo natural y aprovechamos que algunas plantas como los chiles provocan una sensación de ardor doloroso. Nos preguntamos cómo el principal agente picante de los chiles, la capsaicina, interactúa con nuestro sistema nervioso y nuestras fibras nerviosas sensoriales para generar una sensación de calor. Al identificar una molécula receptora en la superficie de las células nerviosas que reconocen la capsaicina, descubrimos una proteína que también desempeña un papel importante en la detección del calor. Esto implica que los sistemas sensoriales son similares a cómo experimentamos nuestro mundo natural: la visión, el gusto, nuestro sentido del olfato, es cómo entendemos el mundo en el que vivimos, y los sentidos del tacto y del dolor es una parte importante de eso”, explica Julius.
Pero no solo el chile ha sido el punto de partida de las investigaciones del equipo de Julius, el mentol de la menta y el wasabi son otros dos. “Adoptamos un enfoque similar para identificar un receptor para "frío helado", es decir, de nuevo, aprovechamos el mundo natural. Sabemos que existen plantas como las hojas de menta y de eucalipto que tienen agentes que producen una sensación de frío o enfriamiento y, por supuesto, las hojas de menta producen mentol, que todos apreciamos como agente refrescante. Nos preguntamos cómo el mentol activa las células nerviosas para generar esta sensación de enfriamiento y al hacerlo identificamos la molécula, otro receptor en la superficie de las células nerviosas que también es activado por el frío. Por lo tanto, el mismo receptor que se activa con el mentol también se activa con el frío. Y lo realmente fascinante es que esa molécula está muy relacionada genéticamente con el receptor que identificamos que se activa por la capsaicina de los chiles y por el calor.
Una realidad similar a la del wasabi. “Los extractos de mostaza se han utilizado durante muchos años como un componente importante de las pruebas de dolor, así que nos preguntamos cómo funciona esta tintura de aceite de mostaza, que podríamos decir que esto es lo mismo que los extractos de wasabi, y nuevamente identificamos un receptor en las células nerviosas que es el mecanismo a través del cual el wasabi y otros miembros de las plantas de mostaza provocan su sensación. La relevancia del receptor de wasabi o TRPA1 es muy importante para lo que se denomina como dolor químico o el tipo de dolor que se asocia con lesiones tisulares con inflamación. Y al estudiar este receptor esperamos comprender los mecanismos más detallados de cómo la lesión tisular genera no solo dolor agudo sino un dolor persistente, al menos síndromes de dolor crónico”, analiza Julius.
El chile, el mentol, la mostaza, el wasabi… “todo esto nos indica que hay una especie de ‘estrategia común’ que la naturaleza ha usado y que permite a nuestro sistema nervioso detectar cambios de temperatura a través de varias moléculas que son similares pero distintas”, admite el experto. Estudios especialmente importantes para comprender cómo funciona el sistema y saber cómo protegernos, especialmente contra el dolor. “Si uno no tiene un sistema del dolor que funcione con normalidad tiene un problema porque debe evitar situaciones que podrían producir lesiones o la necesidad de reconocer cuándo existen lesiones por enfermedad o accidentes”, detalla. Además, también tiene implicaciones para el diseño de medicamentos. “Todos sabemos que lamentablemente faltan analgésicos que podamos usar para tratar el dolor. Necesitamos poder aprovechar más tipos de fármacos y mecanismos para tratar una variedad de síndromes de dolor sin el efecto secundario de estos otros medicamentos y para ciertos tipos de dolor que son refractarios al tratamiento con opiáceos o antiinflamatorios no esteroideos”, señala el bioquímico. “El trabajo que se está realizando en este campo es descubrir nuevas moléculas que podrían servir como nuevos tipos de analgésicos y al mismo tiempo tengan un perfil de efectos secundarios diferente o incluso no tenerlos”, concluye.
Patapoutian ha logrado identificar los receptores Piezo, responsables de detectar la presión en la piel y los vasos sanguíneos.“Nuestros cuerpos se comunican principalmente a través de sustancias químicas. Por ejemplo, tenemos hormonas como la insulina que viajan por nuestra sangre para regular los niveles de glucosa en la sangre. Y también tenemos neurotransmisores como la dopamina que se comunican entre neuronas. Casi todo lo que conocemos es percepción química, incluido el gusto y el olfato, porque las sustancias químicas externas que entran en nuestra boca y nariz las percibimos como gusto y olfato, pero una parte ignorada de la biología ha sido la idea de la detección de presión para la mecanosensación, y un sistema que sabemos que depende de ello, por ejemplo, es el sentido del tacto y el dolor. Este es un caso en el que las fuerzas físicas mecánicas se traducen en sentidos eléctricos o químicos que nuestras neuronas pueden comprender”, señala el biólogo molecular.
Esto también incluye la audición y la detección de la presión arterial. Por lo tanto, cómo detectamos estas fuerzas físicas y cómo se traducen a un lenguaje de nuestras células ha sido un misterio. Se sabía que estos sensores son los llamados canales iónicos, proteínas especializadas que son pequeñas moléculas fascinantes: se sientan en la membrana celular, en el borde de la célula, y pueden abrirse o cerrarse, y cuando se abren, iones, los cationes como el sodio o el potasio entran y activan la célula. “Su identidad no se conocía hasta que en mi laboratorio, Bertrand Coste, un brillante investigador posdoctoral llegó a identificarlas adoptando un enfoque muy sencillo, en lugar de tratar de encontrarlas en las neuronas del sentido del tacto o el dolor, buscó las células en una placa que tenían propiedades similares y a partir de ellas, se inició esta investigación para buscar entre los 20.000 genes que tenemos en nuestro genoma, cuál es el responsable de esta actividad en el canal que detecta el tacto y el dolor. Fue un proyecto muy duro y difícil, pero usando técnicas modernas de genómica, encontró el responsable de esta fuerza mecánica de detección”, destaca Patapoutian.
Pero, ¿cuál es la potencial importancia médica de esta investigación? “En modelos humanos y animales Piezo2 ha demostrado ser importante para comprender el dolor sensibilizado que es clínicamente relevante para el dolor neuropático, por eso creemos que los estudios futuros para identificar formas de inhibir Piezo2 pueden ser muy beneficiosos para los pacientes que sufren de dolor neuropático”, destaca el premiado. Además de otras implicaciones médicas en el tratamiento de otras enfermedades: “Tenemos pruebas de que los Piezos se utilizan para detectar la densidad ósea y la presión arterial, por lo que podemos pensar que manipular los niveles de Piezo podría ser beneficioso para la hipertensión u osteoporosis, por ejemplo. Puedo dar un otro ejemplo, y nuevamente es la belleza de la ciencia que nos lleva a direcciones que no anticipamos, cómo Piezo1, la molécula hermana de Piezo2 que tiene que ver con el tacto, puede estar involucrada en la protección de la malaria. Descubrimos junto con otros colaboradores que demasiado Piezo1 en los glóbulos rojos provoca la deshidratación de los mismos. Por sí misma, esta no es una anomalía clínica muy importante, pero comprobamos en modelos animales que si existía un déficit similar, los animales estaban protegidos contra la enfermedad de la malaria en el sentido de que tenían menos malaria cerebral”.