El microscopio atómico español que está revolucionando la medicina molecular

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Palpar para conocer. Esta ha sido la base de la medicina desde que existe el mundo. Ahora bien, ¿cómo palpar algo que no se puede ver con el propio ojo humano? ¿Algo que un dedo jamás captaría? Los microscopios ópticos ayudaron a ver lo invisible al ojo humano, pero no ha sido hasta las últimas décadas que se ha dado un paso mucho más allá con los llamados microscopios de fuerzas atómicas, los que nos permiten ver y tocar los átomos. Es en este punto donde un laboratorio español está marcando una diferencia sustancial gracias al desarrollo de técnicas propias dentro de esta tecnología que permiten interactuar directamente con las células. 

Nos vamos al Campus de Cantoblanco, al Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Aquí, el equipo de Ricardo García trabaja para mejorar el conocimiento que nos ayuda a establecer la relación entre las propiedades mecánicas de las células y el estado de los órganos y los tejidos. Es lo que se conoce como medicina molecular.

"La palpación medicinal es milenaria, pero siempre ha sido externa y cualitativa. Ahora hemos aumentado nuestra capacidad de resolución y de precisión, consiguiendo una nanopalpación con resultados cuantitativos en los que sabemos exactamente el estado mecánico de la célula", explica García, líder del grupo. El equipo, uno de los líderes mundiales en microscopía de fuerza atómica, está especializado en esta técnica que permite una resolución que alcanza ver objetos (células) que ocupan la milésima parte de un milímetro.

Se trata de un sistema que, lejos de parecerse al microscopio óptico convencional (que funciona con una serie de cristales), se basa en una punta finísima cuyo final tiene apenas unos átomos de diámetro. Es esta punta la que se 'pasea' por la muestra (como un dedo sobre una señal en braille) para 'dibujar' un esquema de su forma. Y es esta punta la que puede interaccionar directamente con el objeto que mide (en este caso, las células) para observar su reacción.

Machine Learning

"Los métodos avanzados que diseñamos nosotros son únicos porque nadie más 'pregunta' a las células como lo hacemos aquí", explica García. Él y su equipo, además, han desarrollado modelos físicos (algoritmos propios) que extraen, de la interacción del dedo molecular (la punta) con la célula, sus propiedades mecánicas vinculadas a la viscoelasticidad (si la célula vuelve a su forma después de haber sido deformada por la punta) y a la reología (cuán diferente es la reacción de la célula si la fuerza que se aplica lo hace siguiendo una determinada frecuencia).

Con estos nuevos métodos se consigue más precisión espacial, numérica y temporal. Además, este equipo ha desarrollado una técnica nueva de 'machine learning' que agiliza el proceso de medir y de la interpretación de los datos. 
Ha sido gracias a estas técnicas, en combinación con otras de otros centros de investigación nacionales e internacionales, que en los últimos meses se han publicado varios hallazgos relevantes en el campo de la medicina molecular que explican el papel de las células y ciertas patologías. 

Medicina molecular

El último, un trabajo publicado en Nature en el que se ha estudiado cómo los neutrófilos, células inmunitarias de la sangre, no solo combaten las infecciones del cuerpo, sino que las previenen al localizarse en la piel. "Se ha visto que esos neutrófilos (glóbulos blancos que están en la materia extracelular, no en el fujo sanguíneo) son los que ayudan a cicatrizar, pero que para que puedan hacerlo necesitan una proteína, que es la que modifica las propiedades mecánicas de estos tejidos", cuenta Ricardo García, que ha trabajado junto al Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), la Universidad Jiao Tong (Shanghai, China), la Universidad de Erlangen-Núremberg (Alemania) y La Universidad de Yale.

Ésta no es la única colaboración de este laboratorio con diversos grupos del CNIC. Así por ejemplo, en diciembre se dieron a conocer los resultados de un trabajo en el que se observó cómo las células de la grasa se expanden por el cuerpo. En concreto, descubrieron que los adopocitos se adaptan para soportar las tensiones mecánicas derivadas de su expansión para acomodarse a la grasa acumulada.

En noviembre se publicó un innovador estudio en la que describía cómo la viscoelasticidad de los tejidos desempeña un papel crucial para el correcto funcionamiento celular.  Este trabajo supone un nuevo paradigma en la comprensión sobre cómo las células reaccionan ante estímulos mecánicos y, lo más importante, contribuye a explicar, por ejemplo, por qué algunos tumores son más agresivos que otros.

También ha trabajado en el estudio que ha desvelado el mecanismo por el que se desarrolla la enfermedad cardiovascular en el síndrome de Progeria de Hutchinson-Gilford. Este hallazgo, publicado en The Journal of Clinical Investigation, ofrece nuevas perspectivas para tratar los problemas vasculares en esta enfermedad.

La clave de todo esto es la misma: "Las células responden de forma activa y a nivel individual a estímulos mecánicos; siempre hay un canal de activación celular que ha sido dañado y es lo que desencadena una patología, y ahora podemos verlo", concluye García.