Sara Wickström: las células también sienten las fuerzas de su entorno. La investigadora finlandesa, ganadora del Premio Europeo de Ciencia Körber, explica cómo las fuerzas mecánicas pueden modificar la actividad de los genes y abrir nuevas vías para comprender el cáncer, el envejecimiento y otras enfermedades.
Durante décadas, la biología explicó el funcionamiento de las células principalmente a partir de señales químicas y genéticas. Sin embargo, la investigación de Sara Wickström, directora del Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular de Münster, ha contribuido a ampliar esta visión al demostrar que las células también responden a las fuerzas mecánicas de su entorno.
La investigadora finlandesa, de 50 años, acaba de recibir el Premio Europeo de Ciencia Körber, uno de los reconocimientos científicos más prestigiosos de Europa, por sus aportes a la comprensión de cómo las células perciben e interpretan su entorno físico.
Su trabajo ha sido fundamental para el desarrollo de la mecanobiología, un campo interdisciplinario que estudia cómo las fuerzas físicas influyen en el comportamiento de las células y los tejidos.
Según Wickström, las células no solo reciben instrucciones químicas y genéticas. También pueden detectar si el tejido que las rodea está sometido a presión, se estira o adquiere una mayor rigidez. Esa información puede transmitirse hasta el núcleo celular y modificar la actividad de los genes.
Las fuerzas mecánicas también regulan los genes
Uno de los principales aportes de la investigadora ha sido demostrar que las fuerzas mecánicas influyen directamente en la expresión génica.
Aunque todas las células del organismo contienen esencialmente el mismo genoma, cada una desarrolla funciones diferentes porque expresa determinados genes y mantiene otros inactivos. Tradicionalmente, este proceso se explicaba principalmente mediante mecanismos bioquímicos.
La investigación de Wickström ha demostrado que las fuerzas mecánicas también participan en esta regulación. Estas fuerzas deben convertirse primero en señales bioquímicas que pueden modificar la cromatina, el complejo formado por el ADN y las proteínas que lo organizan y regulan.
Un ejemplo sencillo se encuentra en la diferencia entre la piel de los párpados y la de las plantas de los pies. Aunque ambas contienen tipos celulares similares, las condiciones mecánicas a las que están sometidas son diferentes y contribuyen a que los tejidos desarrollen características distintas.
¿Qué ocurre cuando cambia el entorno de una célula?
La investigadora explica que las células pueden percibir cambios físicos en los tejidos que las rodean. Entre ellos se encuentran la presión, el estiramiento y la rigidez.
Este fenómeno también tiene implicaciones en el sistema cardiovascular. Las fuerzas de cizallamiento producidas por el flujo de sangre dentro de los vasos sanguíneos y el estiramiento de los músculos son importantes para mantener la especialización y el funcionamiento de determinadas células.
Tras un infarto, por ejemplo, el tejido cardíaco experimenta cambios en sus propiedades mecánicas durante el proceso de cicatrización. Estas modificaciones pueden terminar afectando el funcionamiento del corazón.
El envejecimiento también tiene una dimensión mecánica
Uno de los campos en los que el trabajo de Wickström podría tener importantes implicaciones médicas es el envejecimiento.
Sus investigaciones han mostrado que las células madre de la piel, responsables de contribuir a la renovación del tejido y al crecimiento del cabello, pierden parte de su función con la edad.
Sin embargo, el deterioro no necesariamente se debe a que las propias células madre se vuelvan defectuosas. La investigación apunta a que también intervienen los cambios en las propiedades mecánicas del microambiente que las rodea.
Esta perspectiva plantea una posibilidad diferente para la medicina regenerativa: además de intentar rejuvenecer o reemplazar las células, podría ser necesario modificar o restaurar las condiciones del tejido conectivo que las rodea.
Mecanobiología y cáncer: una nueva línea de investigación
El cáncer constituye otra de las principales líneas de investigación del equipo de Wickström.
Los tumores producen importantes modificaciones en las propiedades mecánicas de los tejidos. A medida que crecen, generan presión sobre las células que contienen y pueden modificar el microambiente que los rodea, haciéndolo más rígido y fibrótico.
La hipótesis de los investigadores es que estos cambios físicos podrían contribuir a reprogramar las células tumorales y favorecer características más agresivas.
Además, el equipo estudia la posibilidad de utilizar las respuestas mecánicas de las células como biomarcadores para predecir la agresividad de determinados tipos de cáncer.
La investigadora señala que ya se han producido avances en esta área y que incluso se ha creado una spin-off destinada a trasladar estos biomarcadores hacia aplicaciones clínicas.
¿Podrían existir tratamientos dirigidos a las fuerzas mecánicas?
Aunque la investigación todavía se encuentra en una etapa temprana, Wickström plantea dos posibles vías terapéuticas.
Una de ellas consistiría en desarrollar moléculas pequeñas o medicamentos capaces de modificar la manera en que las fuerzas mecánicas reprograman las células, con el objetivo de devolverlas a un estado saludable.
La segunda posibilidad sería intervenir directamente sobre la manera en que las células responden a las fuerzas mecánicas. No obstante, la científica advierte que este segundo enfoque todavía se encuentra más lejos de una aplicación clínica.
Una capacidad con raíces evolutivas
Para Wickström, la capacidad de las células para percibir fuerzas mecánicas también puede entenderse desde una perspectiva evolutiva.
La aparición de organismos multicelulares hizo necesario desarrollar mecanismos de comunicación entre las células, y las fuerzas físicas constituyen una de las formas mediante las cuales las células pueden percibir tanto a otras células como a su entorno.
La transición evolutiva de la vida acuática a la terrestre también pudo aumentar la importancia de estos mecanismos. Los organismos terrestres tuvieron que adaptarse a condiciones mecánicas diferentes y desarrollar tejidos capaces de soportar nuevas fuerzas.
La científica relaciona esta perspectiva con la fibrosis, un proceso en el que las células pueden responder excesivamente a las señales mecánicas y continuar reforzando un tejido incluso cuando ya no es necesario.
La tecnología está cambiando la forma de estudiar las células
Wickström considera que la biología todavía tiene numerosos aspectos por descubrir y destaca el papel que están desempeñando la interdisciplinariedad y los avances tecnológicos.
Las nuevas herramientas de óptica y computación permiten observar directamente procesos celulares que antes solo podían estudiarse de manera indirecta.
Durante mucho tiempo, gran parte del conocimiento sobre las células dependió de técnicas bioquímicas que implicaban destruirlas para analizar su ADN. Actualmente, las tecnologías de imagen permiten observar muchos de estos procesos mientras ocurren.
Esta capacidad está impulsando una nueva etapa en la investigación celular, en la que la información genética y química puede analizarse junto con las condiciones físicas que rodean a cada célula.
La investigación de Sara Wickström plantea así una idea central para la biomedicina moderna: para comprender completamente cómo funcionan las células no basta con saber qué genes tienen o qué señales químicas reciben; también es necesario conocer cómo perciben las fuerzas y características físicas del entorno en el que viven.
Fuente: El País
