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ZAPPING 0120, 14-07-2002


Extraños esqueletos dentro de nuestros cuerpos

Las células tienen esqueletos, pero no están hechos de calcio como los huesos de una persona o animal; los esqueletos celulares —llamados citoesqueletos por los biólogos— están constituidos por moléculas de proteínas organizadas en cadena. Los citoesqueletos dan forma a las células, las ayudan cuando deben moverse y mantienen al núcleo en su lugar.

Pique para ver otra imagen La Torre de Agujas del artista Kenneth Snelson, vista desde abajo.

Los citoesqueletos poseen algo llamado tensegridad (palabra derivada de la abreviatura del inglés tensional integrity, o integridad tensional). Equilibran la compresión con tensión y ceden a las fuerzas que se les aplican sin romperse. Un ejemplo muy gráfico de la tensegridad es la obra "Torre de Agujas", construida en 1969 por el escultor Kenneth Snelson. Parece frágil porque está formada de varillas entrecruzadas de aluminio suspendidas por alambres tensados, que se alzan hasta una altura de veinte metros. Todo el tiempo parece que la estructura se va a derrumbar o caer de costado. Sin embargo esto no sucede: cuando sopla el viento, la Torre de Agujas se dobla, pero no se rompe. Cuando alguien le da un empujón, regresa a su sitio. La torre es liviana, resistente y de una sutil hermosura.

En la Torre de Agujas, los cables resisten la tensión y las varillas soportan la compresión. En el citoesqueleto, las cadenas de proteínas —finas, gruesas o huecas— cumplen el rol de los cables y las varillas. Las proteínas, conectadas entre sí, forman una estructura fija, estable pero flexible.

Pique para ver la imagen completa Citoesqueletos de células endoteliales humanas brillan en color verde en esta micrografía inmunofluorescente. Los filamentos convergen en una estructura triangular que se asemeja a un domo geodésico —un ejemplo de tensegridad.

La NASA se ha interesado en los citoesqueletos porque éstos responden a la gravedad de maneras interesantes y producen ajustes que ayudan a acomodar la situación de la célula. El peso puede originar tanto tensión como compresión. ¿Pero qué es lo que sucede, durante un viaje espacial, por ejemplo, cuando el peso desaparece? ¿Se comportan las células de manera diferente cuando sus citoesqueletos se relajan?

Según explica el biólogo celular de Harvard Don Ingber, pionero entre los científicos que han estudiado este tema, el citoesqueleto percibe la gravedad —o cualquier otra fuerza que se les aplique— por medio de unas proteínas especiales llamadas integrinas, que se proyectan a través de la superficie de la membrana celular. Dentro de la célula, las integrinas están conectadas al citoesqueleto. Por fuera, están unidas a un armazón conocido como matriz extracelular, una estructura fibrosa a la cual se conectan las células de nuestro cuerpo.

Ingber y sus colegas han demostrando que cuando se mueve a las integrinas, el citoesqueleto se endurece. La visualización de este proceso se logró revistiendo a unas moléculas especiales que se unen a las integrinas de pequeñas cuentas magnéticas, de un tamaño aproximado de 1 a 10 micrones. Las pequeñas esferas magnéticas fueron adosadas a las integrinas y luego se aplicó un campo magnético.

Vieron que las cuentas giraron y trataron de alinearse con el campo, de la misma manera que lo haría la aguja de una brújula con el campo magnético de la Tierra. Las cuentas torcieron las integrinas y, como consecuencia, modificaron la estructura del citoesqueleto. A medida que se aplicaba mayor estrés, el citoesqueleto se volvía más y más duro. ¡De hecho, tan duro que las cuentas no pudieron ser rotadas más que unos pocos grados!

Darle un estirón a las integrinas no sólo provocó el endurecimiento del citoesqueleto, sino que también activo algunos genes. ("Activar un gen" significa persuadir a un gen para  producir ARN —Acido Ribonucleico— y proteínas.) Esta activación es importante, porque las proteínas son las encargadas de llevar a cabo la mayoría de las funciones celulares. Parece ser que estirando el citoesqueleto se puede causar que las células cambien de un programa genético a otro.

Antes del experimento con las cuentas magnéticas, el grupo de Ingber en Harvard ya había descubierto una relación entre la geometría de la célula y su comportamiento. En un experimento, unas células vivas fueron colocadas sobre pequeñas islas pegajosas de matriz extracelular y se las forzó a tomar diferentes formas —esférica o aplanada, cuadrada o redonda—. Las células chatas y alargadas tendían a dividirse. Las células redondas y apretujadas tendían a morir.

Según cree Ingber, la reestructuración mecánica de la célula y el citoesqueleto le diría a la célula qué es lo que tiene que hacer.

Las células muy aplanadas, con citoesqueletos tensos, parecen percibir que se necesitan más células, por ejemplo para cerrar una herida. Células más redondeadas y apretujadas interpretan que hay un problema de superpoblación y deciden que es tiempo de morir y dar lugar a otras. En ambos casos, las células están obedeciendo a un sistema de control en el que el citoesqueleto, al modificarse su forma o estructura, indica que se deben producir cambios en las funciones celulares.

Las implicaciones potenciales de esta investigación son enormes, y no sólo se limitan a los viajes espaciales. Esta investigación ya ha llevado al desarrollo de un posible tratamiento para el cáncer basado en el cambio de la forma celular. Y también podría ofrecer nuevos tratamientos para la osteoporosis, enfermedades cardíacas, problemas pulmonares y anormalidades en el desarrollo. Cada tejido del cuerpo, dice Ingber, puede desarrollar una enfermedad como consecuencia de una respuesta anormal de las células a fuerzas mecánicas externas.

Tratando de entender como las células perciben la gravedad, se han descubierto aspectos totalmente nuevos de las funciones celulares.

Ingber cree que la tensegridad es un principio fundamental de organización de todo el mundo físico. Estructuras con estabilidad propia se forman espontáneamente a diferentes escalas; los citoesqueletos son sólo un ejemplo. Otro serían las moléculas esféricas de carbono llamadas "Bolas de Bucky" ("BuckyBalls" en inglés) que se asemejan a pelotas de fútbol atómicas. Las moléculas de arcilla también se organizan en patrones de tensegridad, que algunos científicos piensan sirvieron de soporte para las primeras formas de vida microscópica sobre la Tierra. El mismo universo, con sus agujeros negros (compresión) y galaxias enlazadas por fuerzas gravitacionales (tensión), puede ser una estructura que sigue los principios de la tensegridad.

"En alguna ocasión di una charla en la NASA sobre la evolución biológica", recuerda Ingber. "La última diapositiva de mi presentación fue una foto del universo: inmensas agrupaciones de galaxias. Al lado había una foto de una célula capilar sobre un recipiente, formando una red de conexiones. Las imágenes eran idénticas".



La molécula llamada Buckyball está formada de 60 átomos
de carbono estructurados en forma de domo geodésico


Buckyballs

Buckyballs

Buckyballs

Domo geodésico


Las células tienen estructuras internas llamadas citoesqueletos
formadas de microfilamentos y microtúbulos


Citoesqueleto

Citoesqueleto

Citoesqueleto

Citoesqueleto


Más Información:

La Oficina de Investigaciones Físicas y Biológicas de la NASA patrocina estudios básicos de biología para el beneficio de los seres humanos en el espacio y en la Tierra.
Cursillo sobre el Citoesqueleto (Universidad de Arizona - University of Arizona). El citoesqueleto es a la vez un músculo y un esqueleto y es el responsable del movimiento celular, citocinesis y la organización de las organelas dentro de las células.
Donald E. Ingber. Su página de Internet en la Escuela de Medicina de Harvard.
Compresión y tensión son buenas, pero el torque es malsano. Arme sus propias estructuras siguiendo los principios de tensegridad utilizando lapiceras y bandas de goma.
Células vivas (inglés).
Torre de agujas del artista Kenneth Snelson.

Adaptado por Eduardo J. Carletti de Noticias Científicas de la NASA en su Portal de Ciencia (http://ciencia.msfc.nasa.gov)


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