Mucho más que unos ojos secos

No hace tanto, en agosto de 2011, saltaba la sorpresa de que una de las mejores tenistas de panorama deportivo, Venus Williams, se retiraba del US Open debido a una enfermedad que no se especificó. Más tarde se supo que se trataba del síndrome de Sjögren, una dolencia muy poco conocida que sufren muchas más personas de las que creemos.

El síndrome de Sjögren, una enfermedad autoinmune

Descrito inicialmente por el oftalmólogo sueco Henrik Sjögren en la primera mitad del siglo XX, hoy en día se sabe que este síndrome es una enfermedad autoinmune crónica. ¿Pero qué es eso de una enfermedad autoinmune? Nuestro sistema inmunitario es el encargado de protegernos de muchas enfermedades, para lo cual es imprescindible que sepa diferenciar lo extraño de los tejidos sanos del organismo. Esto no sólo implica que sea capaz de identificar y destruir virus, bacterias y otros patógenos que nos infectan, sino que también consigue cargarse nuestras propias células cuando algo no va bien en ellas (células cancerosas, por ejemplo). A diferencia de las inmunodeficiencias, en las que el sistema se ve mermado, las enfermedades autoinmunes se caracterizan por su hiperactividad, que acaba atacando a lo propio como si fuera extraño o maligno.

Elaboración propia a partir de Connections.

La causa de las enfermedades autoinmunes no se conoce con exactitud, y hoy en día se postula que se originan por una mezcla entre predisposición genética y factores externos. Sin embargo, sí se conocen las causas que producen las reacciones autoinmunes, entre las que se encuentran:

• Selección incorrecta de linfocitos B. Los linfocitos B las células encargadas de producir los anticuerpos que reconocen un antígeno. Nuestro cuerpo es capaz de producir millones de estas células al día, pero no todas ellas llegarán a circular en nuestra sangre. En un momento dado, el cuerpo hace una selección, y elimina todos aquellos linfocitos que reconocen antígenos propios. Si esta eliminación no se realizara de forma apropiada, podrían existir anticuerpos dirigidos contra nuestro organismo (autoantígenos), que sería atacado entonces por el sistema inmune.
• Aparición de nuevos antígenos desconocidos. Es posible que antígenos que el sistema inmunitario reconoce como propios cambien y dejen de ser reconocidos, o que por un daño ocurra la liberación un antígeno que de otra forma no estaría presente.
• Confusión de antígenos. Muchas veces, el organismo reconoce y organiza una respuesta inmune en torno a un antígeno extraño que tiene características similares a uno propio, y en el proceso este último también resulta reconocido.

En el caso concreto del síndrome de Sjögren, son las glándulas exocrinas las que se ven atacadas por el sistema inmune, en especial las salivares y las lacrimales. Esto lleva a que la enfermedad se caracterice por los síntomas de xerostomía y de queratoconjuntivitis seca, que aluden a la sequedad en la boca y los ojos, respectivamente. Sin embargo, como enfermedad sistémica, puede afectar a otros órganos y dar lugar a una gran variedad de síntomas que complican altamente su diagnóstico.

La película lagrimal del ojo está formada por tres capas, que deben de tener una correcta composición y equilibrio para evitar la sequedad de los ojos: la capa de mucina permite el anclaje de la película lagrima, la capa acuosa confiere humedad al ojo y la capa lipídica evita la evaporación. La destrucción de las glándulas lagrimales o las de Meibonio, que producen la capa acuosa y la lipídica respectivamente, produciría conjuntivitis seca, como se ve en la foto de la derecha. Elaboración propia a partir de theyecarecompany y DowningTown.

El diagnóstico

Uno de los grandes problemas del síndrome de Sjögren radica en su diagnosis. Existen dos tipos de síndrome de Sjögren: primario y secundario, que ocurren con igual frecuencia. En el primer caso, los pacientes sufren una disfunción progresiva de las glándulas salivares y lagrimales, y posteriormente los síntomas pueden extenderse a otros órganos. Por el contrario, el síndrome de Sjögren secundario se da en personas que ya tienen una enfermedad autoinmune, generalmente artritis reumatoide o lupus, y entonces desarrollan sequedad en la boca y los ojos. En cualquier caso, los síntomas de esta enfermedad son muy heterogéneos, y se confunden habitualmente con los de otras enfermedades (sobre todo cuando quedan encuadrados con los síntomas de otra enfermedad, como en el caso del secundario) o con efectos secundarios de algunos medicamentos. Esto hace que, desde el momento que comienzan los síntomas, se tarde de media unos 4 años en recibir el diagnóstico.

Otro hecho que complica más aún este paso es que no existe ninguna prueba que confirme este diagnóstico. Se ha visto que existe una relación entre la presencia en sangre ciertos anticuerpos y Sjögren, pero ninguna es definitiva. Los marcadores más utilizados son los anticuerpos desarrollados contra las proteínas Ro (también conocida como SSA, antígeno relacionado con el síndrome de Sjögren A) y La (o SSB, antígeno relacionado con el síndrome de Sjögren B). Anticuerpos contra la primera han sido encontrados en el 70% de los pacientes de Sjögren, mientras que el 40% son positivos para anti-SSB.

¿Quién puede sufrir el síndrome de Sjögren?

Tanto hombres como mujeres de cualquier edad pueden padecer esta enfermedad, si bien es cierto que la mayoría de los pacientes de Sjögren son mujeres. Sin embargo, lo más sorprendente es el número de personas que lo han desarrollado: aunque su prevalencia es difícil de calcular por la falta de un criterio común para su diagnóstico, se sabe que es la tercera enfermedad autoinmune más frecuente. Afecta a al menos un millón de personas en Estados Unidos, lo que es suficiente para no ser considerada una enfermedad rara. Toda una ironía cuando la mayoría de la gente nunca ha oído hablar de esta enfermedad.

¿Existe alguna solución?

No existe ninguna cura para el síndrome de Sjögren, por lo que todos los tratamientos se basan en mejorar los síntomas y, por tanto, dependen del paciente. Para la sequedad de ojos existen lágrimas artificiales, mientras que para la boca seca se recomienda beber pequeños tragos de agua constantemente, mascar chicle y, cuando la producción de saliva es insuficiente, se pueden recetar medicamentos potenciadores de ésta. Sin embargo, las complicaciones de la falta de saliva van más allá de la sequedad que se pueda experimentar: la saliva contiene sustancias que previenen infecciones bacterianas y las caries. Por este motivo, los pacientes de Sjögren han de cuidar mucho más su higiene bucal.

Elaboración propia a partir de Mountainside Medical Equipment.

Sin embargo, como se hemos visto antes, el síndrome de Sjögren va más allá de estos síntomas. La fatiga y el cansancio son otros de los más comunes, además del dolor en las articulaciones. Muchas veces, incluso, la destrucción de las glándulas exocrinas se extiende a órganos no exocrinos como el hígado, esencial para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo. En otras palabras: síntomas cada vez más complejos, pero ante los que sólo se puede intentar conseguir aliviarlos.

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¿El fin de las enfermedades mitocondriales?

Hoy día 28 de febrero es el Día Mundial de las Enfermedades Raras, raras no porque nadie las entienda, sino porque hay menos de un caso por cada 2.000 habitantes.

En el video que os traemos en particular, la enfermedad de la que se habla es MELAS. Este nombre tan curioso es la forma abreviada de decir miopatía, encefalopatía, acidosis láctica y episodios semejantes a apoplejías (en sus siglas en inglés).

Crédito: Telecinco.

El síndrome de MELAS es una enfermedad mitocondrial, y esto es algo que conviene explicar desde el principio...

Las distintas células que forman nuestro organismo necesitan energía para llevar a cabo sus funciones, que obtienen de la ruptura de los enlaces de una molécula denominada ATP. Es aquí donde entran en juego las mitocondrias, unos orgánulos celulares (estructuras que forman parte de la célula) donde se genera gran cantidad de ATP procedente de la degradación de nutrientes como la glucosa.

Elaboración propia a partir de La mitocondria.

En la célula hay muchos orgánulos encargados de tareas muy diversas y especializadas, pero el caso de las mitocondrias especial: aparte de su función como “centrales energéticas” de la célula, presentan un material genético diferente. En artículos anteriores, ya hemos hablado de que la información genética de las células, el ADN, se localiza en el núcleo. Sin embargo, las mitocondrias también contienen varias copias de su propio ADN (diferente del nuclear), denominado, cómo no, ADN mitocondrial. Aunque la mayoría de los miles de genes que determinan cómo somos se encuentran en el ADN nuclear, los 13 que hay en el ADN mitocondrial son muy importantes, y suficientes para que alguna mutación en los mismos cause graves enfermedades.

La peculiaridad de las mutaciones en el ADN mitocondrial es que se transmiten exclusivamente por vía materna. Cuando se produce la unión de un óvulo y un espermatozoide para formar un cigoto, es el óvulo el que, además de su núcleo, aporta el citoplasma de la célula conteniendo los orgánulos, mientras que el espermatozoide solo contribuye con el ADN de su núcleo. Las mutaciones responsables de la enfermedad deben hallarse, por tanto, en el ADN de las mitocondrias de la madre, que son las que pasarán a los hijos, mientras que un padre enfermo puede tener hijos completamente sanos con una mujer sana, ya que sus espermatozoides no se transmitirán a la descendencia. Sin embargo, que una mujer tenga mitocondrias con su ADN mutado no significa que vaya a padecer la enfermedad, puede ser simplemente portadora. Esto se debe a que la mutación ha de estar presente al menos en un cierto número de mitocondrias (tenemos muchos de estos orgánulos por cada célula, aunque el número varía según la función de la célula en cuestión: por ejemplo, son muy abundantes en neuronas, que necesitan gran cantidad de energía para transmitir impulsos eléctricos).

Elaboración propia a partir de esta imagen de AEPMI.

Una vez aclarada la función de las mitocondrias se pueden deducir algunos de los síntomas mencionados al principio. Y es que la falta de mitocondrias sanas impide el correcto funcionamiento de los procesos de obtención de energía en la célula. Sin esta energía, las fibras musculares no son capaces de trabajar de forma adecuada y se originan miopatías; y también se ven afectadas las neuronas, de ahí la encefalopatía (el encéfalo es el conjunto formado por el cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo). En resumen, son muchos órganos y tejidos los que pueden verse afectados, y se trata de una enfermedad de difícil diagnóstico dada la enorme variación de la severidad posible en función de la cantidad de mitocondrias mutantes.

La técnica del “embrión de tres padres” de la que habla el vídeo es conceptualmente sencilla: consiste en una fecundación in vitro en la que de la madre portadora de la mutación sólo se utiliza el ADN del núcleo, y se añade el citoplasma con las mitocondrias de otra donante sana. ¿Quiénes son entonces los padres? Estrictamente, como su nombre indica, los tres. Pero recordemos que el número de genes presentes en el ADN mitocondrial es muy escaso, y ese “tercer padre” solo estaría aportando un 0,0005% de la información genética. Todo esto conlleva numerosas implicaciones éticas que impiden por ahora su uso en España, pero podría ser una alternativa para evitar la herencia de este tipo de enfermedades.

Como el síndrome de MELAS, hay muchas otras enfermedades mitocondriales que se consideran raras por su baja prevalencia en la sociedad, pero no por ello requieren menos atención.

Esperamos que esta pequeña entrada os haya servido para conocer un ejemplo concreto y no poco complejo. Enfermedades raras, sin embargo, hay a miles, y hoy es nuestra forma de darles difusión, y visibilidad. Aunque no tan extendidas como la diabetes, el cáncer o el Alzheimer, son un problema de gran magnitud, especialmente teniendo en cuenta el escaso apoyo que reciben las familias, que se ven obligadas a centrar sus esfuerzos en la recaudación de fondos para la investigación de las mismas, ya que la obtención de nuevos tratamientos “no resulta un gran negocio” y, lamentablemente, la inversión es muy modesta.

Sin embargo, la contribución de las enfermedades raras al estudio de otras enfermedades más comunes ha sido crucial, y ha permitido entender el mecanismo por el que se originan otros síndromes multifactoriales, las cascadas de moléculas implicadas y posibles tratamientos más sencillos.

Fuentes

1. Alberts et al. (2010). Molecular Biology of the cell, 5th edition. Garland Science, New York.
2. Strachan and Read. Human Molecular Genetics, 3ª edición. Garland Science, New York.

No te olvides de que estamos celebrando el Día Mundial de las Enfermedades Raras en Twitter. Anímate a elegir una enfermedad rara y tuitear sobre ella bajo el hashtag #RescataER. Nuestro objetivo es poder dar a conocer el máximo número de enfermedades raras en este día. Haz click aquí para más información :)

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Antivacunación: el regreso del sarampión

En nuestra vuelta nos vamos con la actualidad al otro lado del Atlántico. En concreto, a California (EEUU), donde se está produciendo un brote de sarampión:

Crédito: MTYtv.

El sarampión es una enfermedad causada por un virus que infecta las mucosas de las vías respiratorias, desde donde viajará al resto del cuerpo para multiplicarse exponencialmente de forma asintomática. Cuando el sistema inmunitario se moviliza para acabar con el patógeno (a los diez días de la infección), es cuando se empiezan a notar los primeros síntomas: fiebre, tos y, cómo no, el famoso sarpullido. A esta erupción cutánea se la denomina exantema y no es única del sarampión: enfermedades como la varicela y la rubeola también lo presentan.

El virus del sarampión se transmite muy fácilmente por el aire y, aunque la enfermedad que causa no tiene tratamiento, los síntomas suelen ser benignos y se resuelven con facilidad sin tener que tomar ningún medicamento. No obstante, este virus presenta un tropismo por linfocitos y monocitos. Es decir, va a infectar células de nuestro sistema inmunitario, impidiendo que éste funcione de manera adecuada y produciendo lo que se denomina una inmunosupresión.

Pero no todo son malas noticias. Como el reportaje menciona, existe una vacuna contra el sarampión que, de hecho, es muy efectiva. Se trata de una vacuna de virus atenuado, en la que el propio virus del sarampión sigue “vivo” pero ya no es tan virulento. Esto permite que nuestro cuerpo desarrolle una respuesta efectiva para que, cuando llegue el verdadero virus, nuestro organismo pueda atacarlo y destruirlo inmediatamente. Hoy en día esta vacuna se administra a los niños pequeños en forma de la vacuna triple vírica, que reúne las vacunas de las paperas y la rubeola, además de la del propio sarampión.

Desde el año 2000, la aplicación de esta prevención ha permitido disminuir en un 75% el número de muertes debidas a esta enfermedad. A pesar de ello, el sarampión causa 150.000 fallecimientos anuales, la mayoría de ellos en países en desarrollo. Amplias regiones del África subsahariana y del sureste de Asia son las que menos tasas de vacunación reciben y las que, por las condiciones de vida y la falta de atención médica, sufren más los efectos de esta enfermedad, en especial la inmunosupresión.

Elaboración propia a partir de mapas con licencia CC BY-SA 3.0 y CC BY-SA 2.5.

¿Qué explica entonces estos brotes de sarampión en EEUU? Desde hace algunos años, ha resurgido con fuerza un movimiento por el cual los padres deciden no vacunar a sus hijos. Las razones son múltiples: las farmacéuticas no son de fiar, las vacunas están llenas de químicos, la vacunación está asociada a otra enfermedad… Las hay tan asombrosas como que los niños vacunados son menos saludables o que siempre puedes vacunarte, pero nunca “desvacunarte”.

En el caso particular del sarampión, un punto de inflexión lo constituyó el caso Wakefield. En 1998, Andrew Wakefield, investigador médico, publicó un artículo en el que relacionaba la administración de la vacuna de la triple vírica con la aparición de casos de autismo. Tras la incapacidad de otros investigadores de reproducir los resultados, se demostró que tal relación no existía y el artículo aparece como retractado. Sin embargo, el daño ya estaba hecho. Desde ese momento y hasta 2004, la tasa de vacunación en países como Reino Unido cayó en picado, lo que se reflejó en un mayor número de casos de sarampión en los años posteriores.

Elaboración propia a partir de Rowe (2011) y Washington Post.

El que una parte relativamente pequeña de la población quedara sin vacunar dio lugar a un gran aumento de casos. ¿Por qué? Porque cuando nos vacunamos no sólo nos protegemos a nosotros mismos, sino que protegemos a los que nos rodean:

Crédito: Ignacio López-Goñi.

Fuentes

• Rowe, M. P. (2011). "Tragic Choices: Autism, Measles, and the MMR Vaccine" en National Center for Case Study Teaching in Science. Consultado online.Ingraham, C. "The devastating impact of vaccine deniers, in one measles chart" en Washington Post el 22 de enero de 2015. Consultado online.
• "Sarampión" en la página web oficial de NIH (National Institutes of Health).
• "Measles" en la página web oficial de WHO (World Health Organization).
• "Measles Cases and Outbreaks" en la página web oficial de CDC (Centers for Disease Control and Prevention).

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¿Eternamente jóvenes?

Probablemente más de uno haya oído hablar de la telomerasa, y es que la "enzima de la eterna juventud" resulta un material jugoso a la hora de presentar avances científicos sorprendentes, pero frecuentemente las noticias nos dejan con más interrogantes que al principio. ¿Es posible la eterna juventud? ¿Qué tiene esto que ver con nuestros cromosomas? Allá que vamos a explicarlo...

Crédito: Telemadrid.

Cromosomas y telómeros

Para esclarecer esta noticia, no podríamos empezar de otra manera que recordando que cada célula humana contiene 23 pares de cromosomas, moléculas de ADN muy empaquetado para que pueda caber en la célula. En sus extremos, estos cromosomas presentan unas estructuras denominadas telómeros, que no son más que repeticiones de unas secuencias concretas de nucleótidos. Estas secuencias no presentan genes, pero tienen una función esencial en el mantenimiento de la estabilidad del cromosoma para proteger sus extremos¹ (al igual que “la punta de plástico del cordón de un zapato evita que se deshilache”).

Protegiendo… ¿de qué?

Cada vez que una célula se divide, también lo hace su ADN, para que cada célula hija pueda recibir una de las dos nuevas copias idénticas. Sin embargo, la replicación del ADN lleva consigo la pérdida de cierta cantidad de nucleótidos de los extremos de los cromosomas. ¿Por qué sucede esto? Se trata de un problema del propio sistema de replicación:

1. Para copiar la cadena de ADN primero se necesita colocar en el extremo un trozo de ARN denominado cebador, de unos pocos nucleótidos de longitud.
2. A partir del cebador, hay una enzima llamada polimerasa que es capaz de seguir añadiendo nucleótidos fijándose en los que están colocados en la cadena de ADN que se está copiando.
3. Al llegar al otro extremo ya tendríamos las dos copias, pero antes es necesario eliminar el cebador que se puso al principio, pues recordemos que no es ADN, sino ARN.
4. Queda así un hueco en el extremo del cromosoma.

Esquema del acortamiento de los telómeros que se produce en cada replicación del ADN, asociada a la división celular.

Elaboración propia a partir de 7.

De este modo, en cada ronda de división se acortan los telómeros, hasta que llega un momento en el que terminan por desaparecer. 
Si la célula continuase dividiéndose, se empezaría a perder el material cromosómico que contiene los genes y otras secuencias necesarias para la vida de la célula. Sin embargo, las células interpretan estos extremos desprotegidos como un daño y pueden responder de dos formas:

• Promoviendo su propia muerte, lo que se conoce como apoptosis.
• Activando un mecanismo de reparación que detiene la división de la célula. Este proceso se denomina senescencia celular, y está relacionada con el envejecimiento^1,2. 

Pero aún no hemos presentado a la estrella de la película: la telomerasa. Se trata de una enzima cuya función es contrarrestar el acortamiento de los telómeros, precisamente añadiendo esas secuencias repetidas de nucleótidos a los extremos de los cromosomas. La telomerasa se encarga, por tanto, de “regenerar” o elongar los telómeros. De esta manera, la célula se puede dividir sin que se produzca este desgaste telomérico que la llevaría a envejecer. De hecho, ratones a los que se ha eliminado el gen de la telomerasa muestran síntomas de envejecimiento prematuro³. 

El descubrimiento de esta enzima y del papel protector de los telómeros valió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 2009 a Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider y Jack W. Szostak⁴.

A la izquierda, los galardonados con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 2009. A la derecha, imagen de microscopía que muestra los telómeros de los cromosomas. Extraído de 4 y 8.

¿Activa o fuera de combate?

Si existe la telomerasa, una enzima capaz de evitar el acortamiento de los telómeros, ¿por qué envejecemos entonces?

No hemos mencionado un aspecto que es fundamental, y es que la telomerasa está activa tan solo en unas pocas células. Nuestros genes siempre están ahí, en el ADN, y todas las células tienen exactamente el mismo material genético. ¿Cómo pueden ser entonces tan diferentes unas de otras?

La clave reside en que en cada célula solo se expresan determinados genes, que serán distintos a los que se expresan en otros tipos de células. Así, al igual que todas nuestras células tienen genes para producir insulina pero solo las células pancreáticas lo expresan (los traducen a proteínas), también todas nuestras células tienen el gen de la telomerasa, pero la enzima solo se va a producir y a estar activa durante el desarrollo embrionario y en unos tipos muy concretos de células del adulto, como las células madre adultas, que por ello pueden dividirse indefinidamente sin que se dañe su ADN.

Telomerasa y envejecimiento… y cáncer

Imaginemos que pudiéramos mantener siempre activa la telomerasa en todas nuestras células, impidiendo que llegaran a ese “límite biológico” de divisiones… ¿Sería posible la juventud eterna?

El problema no es tan sencillo, y es que la telomerasa también está funcionando en las células tumorales. En el cáncer, las células se dividen rápido y de forma descontrolada. Y sin embargo, se trata de células inmortales debido a la presencia de telomerasa activa, de manera que no se detiene su división aunque sean células con daños o mutaciones. La medida de la actividad telomerasa puede ser, de hecho, una forma de detectar cáncer, puesto que no está presente en las células normales.

Por tanto, inhibir la actividad de la telomerasa podría constituir una alternativa para combatir el cáncer, provocando el envejecimiento de las células tumorales, que presentan daños. Sin embargo, también se verían afectadas la fertilidad (las células germinales, que dan lugar a óvulos y espermatozoides, también necesitan de una telomerasa activa), la cicatrización de heridas o la producción de células sanguíneas y del sistema inmunitario (se originan a partir de células madre que, como hemos dicho, se mantienen gracias a la actividad telomerasa)⁵.

Nuevas terapias, nuevos retos

Parece claro que existe una delgada línea entre la potenciación de la actividad telomerasa para prevenir el envejecimiento y el desarrollo de tumores.

Más allá de las numerosas implicaciones éticas de alargar la vida, la telomerasa podría ser de enorme utilidad en el tratamiento de enfermedades asociadas con la edad (diabetes tipo 2, enfermedades cardiovasculares, Alzheimer…) y otras debidas al tamaño de los telómeros, como la  disqueratosis congénita, en la que se acortan más rápido de lo normal y hay un envejecimiento prematuro⁵.

La doctora María Antonia Blasco, directora del CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas), es un referente internacional en el campo de la telomerasa. El vídeo hace referencia a un artículo⁶ publicado por su grupo de investigación en 2012, que describe una terapia génica con telomerasa en la que no se producía cáncer.

Dibujo esquemático de la terapia génica empleada en ratones con el gen de la telomerasa (TERT) que se menciona en el vídeo. Elaboración propia a partir de 2.

Para ello, se sutituyen genes de un virus concreto por el gen de la telomerasa. Los virus resultantes, “modificados”, permiten introducir el gen de la telomerasa en ratones, actúan como un vector. Lo realmente sorprendente es que en los ratones tratados con este virus se alargaba la vida un 24% con respecto a los que no se habían infectado.

El hecho de que no se produzca cáncer se debe a que el ADN del virus que contiene la telomerasa se va perdiendo en las sucesivas divisiones celulares, tiene un efecto temporal². 

Con todo, el acortamiento de los telómeros no es el único factor que interviene en el envejecimiento, pero estos avances contribuyen a una mejor comprensión de los mecanismos desencadenantes y, sin duda, frenar la aparición de cáncer podría ser un primer paso en esa idea tan aparentemente inalcanzable de mantenernos “jóvenes para siempre”.

Fuentes

1. Alberts et al., Molecular Biology of the cell, 5th edition (2010). Garland Science, New York.
2. Telomerase gene therapy: a novel approach to combat aging. EMBO Molecular Medicine 4 (8): 685-687. http://dx.doi.org/10.1002/emmm.201200246
3. Foronda, M. et al. Importancia de los telómeros y la telomerasa en cáncer, envejecimiento y medicina regenerativa. Revisión. CNIO, Madrid.
4. Nobelprize.org (Nobel deFisiología y Medicina, 2009).
5. Learn.Genetics (University of Utah, Health Sciences).
6. Bernades de Jesús, B. et al. (2012). Telomerase gene therapy in adult and old mice delays aging and increases longevity without increasing cancer. EMBO Molecular Medicine 4 (8): 691-704. http://dx.doi.org/10.1002/emmm.201200245.

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Descifrando el párkinson

Nunca un nombre fue tan conocido y desconocido a la vez… Es pronunciarlo y nos cambia la expresión. Todos esperamos que no nos toque, pero la realidad es que el párkinson afecta a entre 8 y 18 personas de cada 100.000 habitantes¹. Si este número ya es escalofriante, es probable que la cifra sea incluso mayor al tratarse de una enfermedad difícil de detectar y, por tanto, infradiagnosticada. 

¿Cómo se detecta el párkinson? Rápidamente nos viene a la cabeza el temblor característico de los pacientes, pero… ¿esto es todo lo que padecen los afectados? No. Lamentablemente, el párkinson es mucho más grave que eso. La enfermedad de Parkinson es una enfermedad neurodegenerativa en la que, como tal, se produce la muerte de neuronas. Sobre todo, desaparecen las que liberan dopamina (un neurotransmisor que permite a las neuronas comunicarse entre sí), localizadas en una zona del cerebro llamada sustancia nigra. Cuando la dopamina desaparece, la sustancia nigra no puede mandar señales al estriado, una región del cerebro fundamental para controlar la coordinación del movimiento. Como resultado, los pacientes sufren temblores en reposo, lentitud en los movimientos, rigidez muscular y no pueden controlar la postura. Si esto no fuera suficiente, el 30% de los pacientes también acaba sufriendo demencia y el 50% depresión.

   

A la izquierda se muestra la localización de la sustancia nigra en el cerebro. A la derecha aparecen imágenes de secciones de cerebro en la que se muestra la sustancia nigra en enfermos de párkinson y sanos. La flecha marca la pérdida de sustancia nigra.

¿Existe algún tratamiento? Como los pacientes no pueden sintetizar dopamina, el primer tratamiento que nos podríamos plantear sería darles esta molécula. El problema es que el cerebro es un sitio especialmente protegido por una barrera que no permite el paso de cualquier sustancia. Por eso no se administra directamente dopamina, sino una molécula que puede atravesar esta barrera llamada levodopa o L-DOPA, que se convierte en dopamina ya en el cerebro. El inconveniente es que esta terapia sólo es sintomática: al tener dopamina, vuelven a funcionar los circuitos neuronales y se alivian los síntomas, pero las células que originalmente la generan siguen muriendo y la enfermedad sigue progresando. El paciente está obligado a tomar L-DOPA siempre, y al final deja de responder a ella. A largo plazo es, por tanto, un tratamiento ineficaz. Esto ha puesto de manifiesto la necesidad de desarrollar otras terapias como la  estimulación cerebral profunda, que os mostramos en la noticia de esta semana:

 

Crédito: Canal ANTENA 3 de Televisión (A3TV).

En la estimulación cerebral profunda, al paciente se le ponen electrodos en el interior del cerebro (lo que implica hacer una incisión en la cabeza, ¡algo que no está libre de riesgos!) y se van dando descargas eléctricas para estimular las conexiones neuronales en esta región afectada. En este vídeo, podéis ver el testimonio de pacientes en los que se ha empleado esta tecnología y la clara mejoría en los síntomas que experimentan. 

Y sin embargo, de nuevo nos encontramos con los mismos problemas que con el tratamiento anterior: las células de la sustancia nigra siguen muriéndose. Como cuenta María José Catalán, neuróloga del Hospital Clínico San Carlos: “No es un tratamiento curativo, ni enlentecedor del proceso, sólo reduce los síntomas”. No estamos tratando la enfermedad, solo poniendo un “parche”. 

 El principal problema del párkinson es que la enfermedad se detecta muy tarde, ¡cuando ya se han muerto más del 80% de las neuronas! Esto hace que la terapia esté mal enfocada: vista la magnitud de neuronas ya muertas, no nos queda más que dar tratamientos paliativos. Pero, ¿y si fuera posible una detección temprana, antes de que se produzcan los síntomas? Si descubrimos el desencadenante, ¿podríamos evitar la muerte de las neuronas? En este punto es donde los investigadores están centrando los esfuerzos.

Pongámonos en situación. Para poder estudiar el desarrollo del párkinson, necesitamos saber qué se modifica en las células de la sustancia nigra de los pacientes, es decir qué es diferente en comparación con las células de esta zona en una persona no enferma. El problema es que no podemos acceder a ellas porque están en zonas muy profundas del cerebro.

¿Cómo podemos superar esta limitación? Aquí entran en escena las células madre pluripotentes inducidas (iPSC), un descubrimiento que ha revolucionado la biomedicina por completo. Son células con características de células madre ^2,3 que se pueden obtener en el laboratorio modificando simples células de la piel por ejemplo, fácilmente accesibles. Evitamos usar células madre de embriones y los problemas éticos que ello pueda suponer, pero además, como las células vienen del paciente, se conservan las alteraciones que causan la enfermedad. Al igual que ocurre con las células madre embrionarias, a partir de estas iPSC es posible generar cualquier tipo de célula que queramos: células musculares, cardiomiocitos, células de la piel, ¡y neuronas!. De esta manera, podemos obtener neuronas productoras de dopamina de la sustancia nigra con las modificaciones causantes de párkinson, y si las comparamos con neuronas normales podríamos obtener información acerca de qué causa esta enfermedad, cuáles son los primeros cambios que se producen cuando alguien empieza a desarrollar párkinson, podremos estudiar nuevos fármacos… En otras palabras, ¡solo a partir de estas células podríamos idealmente identificar la causa del párkinson, hacer un diagnóstico precoz y mejorar el tratamiento! Increíble, ¿verdad?

Elaboración propia a partir de 1,2,3. 

Pero ¡ojo!, todavía quedan cosas por solucionar. Se han generado neuronas a partir de las iPSC, sí, pero ¿las neuronas aisladas se van a comportar igual que dentro del cuerpo?, ¿hay señales que vienen de otras células distintas que afectan? ¿cómo conseguimos reproducir el posible efecto del medio ambiente (alimentación, tabaco,...) en el desarrollo de la enfermedad en estas células? Es incuestionable la gran aportación de este modelo al estudio de muchas enfermedades, pero nunca debemos olvidar las limitaciones que tiene. Queda un largo camino por recorrer para curar el párkinson, aunque poco a poco será cada vez más corto…

Fuentes

1. Página Web NueroWikia
2. Página web EuroStemCell
3. Página web Stem Cell Network
4. Vídeo de UTTV San Diego sobre proyecto con iPSC en párkinson

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¿Quieres otro cerebro? Fabricando órganos en el laboratorio

Si hay algo de lo que sentirnos orgullosos en España, deporte aparte, probablemente sea nuestra solidaridad como donantes de órganos. Llevamos 23 años como líderes mundiales en este acto voluntario, gratuito y altruista. Echando cuentas, hay 33,3 donantes por cada millón de españoles. Este dato casi duplica a la media de la UE (19,5), pero sigue siendo francamente bajo (El País). Se puede dar una segunda vida a muchos de nuestros órganos, incluyendo los riñones, el hígado, el corazón, el páncreas y los pulmones, así como piel, médula ósea y, por supuesto, sangre. Con todo, miles de enfermos siguen muriendo sin poder escapar de las listas de espera¹. 

Crédito: Russia Today (RT). Vídeo disponible en Youtube. Subtítulos propios con Amara. 

Esta semana os traemos una noticia de la cadena rusa RT que nos lleva de viaje al futuro. La llamada “medicina regenerativa” está aprendiendo (entre otras muchas aventuras) a generar mini-órganos en el laboratorio, aunque están aún lejos de reemplazar las donaciones. Nos ayudaría a entender como nunca el funcionamiento de estos órganos, pero también sería una herramienta espectacular para diagnosticar y tratar enfermedades. Y sin embargo, ¿es ciencia ficción o realidad? ¿Podemos generar cerebros en el laboratorio? ¿Cerebros enormes? ¿Y algún otro órgano? ¿Para qué sirven? ¿Son una alternativa real a las donaciones? Lo explicaremos dando un paseo por los últimos avances en biomedicina, un área de la ciencia que probablemente será determinante en el futuro de nuestra sociedad. ¡Acompañadnos!

Tres ejemplos destacados de “organoides” o mini-órganos que se han generado en los últimos años: cerebro, hígado e intestino. Elaboración propia a partir de Ranga et al., 2014⁴.

Hoy por hoy se han conseguido generar “organoides” modelo de cerebro, probablemente lo más sonado en los medios, pero también de intestino, páncreas, corazón e hígado. La idea es sencilla: aislar unas pocas células madre y dejarlas crecer en un medio de cultivo 3D³ (no ya en una placa bidimensional como las que se usan habitualmente) en las condiciones adecuadas hasta conseguir estos organoides, "equivalentes" a pequeños órganos. Los detalles técnicos son de todo menos simples, porque cada paso es exquisita y desesperantemente delicado. Al final del proceso, el resultado es un órgano en miniatura que expresa los genes que le tocan, pero dista mucho aún de lograr el tamaño del órgano que imita, y no consigue funcionar más allá de pequeñas tareas⁴. Es decir, los organoides de cerebro obtenidos ni son gigantes ni pueden ser trasplantados. O no todavía. Pese a todo, en los próximos párrafos os demostraremos que esta tecnología tiene un tremendo potencial. 

Entender nuestro cuerpo, “en la salud y en la enfermedad” 

Se pueden utilizar estos modelos 3D para estudiar, por ejemplo, el cáncer: el crecimiento del tumor y la angiogénesis, es decir, la formación de nuevos vasos sanguíneos que el propio tumor dispara para asegurar que le llegan nutrientes para seguir creciendo desbocado⁴. 

Otro caso, volviendo al cerebro, son las enfermedades neurodegenerativas: Se pueden generar organoides de distintas regiones de este órgano tan complejo. También se están usando para entender la microcefalia, un trastorno embrionario en el que nuestro cerebro no llega a alcanzar un tamaño normal³. 

Puesta a punto de fármacos: del laboratorio a la farmacia 

En la larga carrera de obstáculos que implica la salida al mercado de un medicamento, se pasa normalmente por una primera fase en la que se prueban millones de compuestos sobre células en cultivo. De esos, sólo unos pocos pasan las sucesivas cribas hasta ser ensayados en animales de experimentación y, más tarde, en humanos, antes de poder llegar a nuestras farmacias. Los organoides podrían irrumpir en las fases intermedias, permitiendo estudiar factores como toxicidad o interacciones metabólicas de cada potencial fármaco, y agilizar así todo el proceso^2,4. 

Tratamiento de enfermedades 

Vamos a ver un ejemplo real interesante. Como os decíamos, se han conseguido generar también organoides de intestino, donde a partir de una única célula del intestino delgado de un ratón, en 14 días se obtienen criptas intestinales indistinguibles de las naturales. Las criptas son unas estructuras que permiten la absorción de los nutrientes, fenómeno que en situaciones como las colitis no funciona como debe (y por eso adelgazamos). Si estas criptas generadas en el laboratorio se trasplantan a un ratón con colitis aguda, las nuevas criptas consiguen insertarse en el intestino del receptor y este ratón vuelve a ganar peso al cabo de los días. Estos organoides se podrían utilizar, por ejemplo, para tratar la enfermedad de Crohn, una inflamación digestiva que impide la asimilación de los alimentos (con dolor abdominal, cólicos, pérdida de peso…)⁵. 

Izquierda: La cripta generada en laboratorio (que los investigadores transformaron en verde para poder distinguirla de las del ratón receptor –grises–, no es que el ratón donante sea familia de Hulk) se integró en el intestino del receptor. Derecha: ¡El ratón receptor recuperó el peso que había perdido gracias al trasplante! DSS es la sustancia que, al beberla, había provocado al ratón la colitis. Modificado a partir de Yui et al., 2012⁵ (ratón prestado de Wikipedia).

En conclusión, aunque técnicamente muy complejos de generar, los organoides van camino de constituir una tecnología sin precedentes para estudiar las enfermedades humanas y la respuesta a fármacos. Decidnos que no es impresionante.

Fuentes

1. Generalidades y datos sobre donación de órganos: El País (cifras de donantes), Institutos de Salud de EE.UU. (NIH), Organización Nacional de Trasplantes (ONT).
2. Astashkina, A., & Grainger, D. W. (2014). "Critical analysis of 3-D organoid in vitro cell culture models for high-throughput drug candidate toxicity assessments". Advanced Drug Delivery Reviews, 69-70, 1–18. doi:10.1016/j.addr.2014.02.008 
3. Hattori, N. (2014). "Cerebral organoids model human brain development and microcephaly". Movement Disorders, 29(7467), 185–185. doi: 10.1002/mds.25740 
4. Ranga, A., Gjorevski, N., & Lutolf, M. P. (2014). "Drug discovery through stem cell-based organoid models". Advanced Drug Delivery Reviews, 69-70, 19–28. doi: 10.1016/j.addr.2014.02.006 
5. Yui, S. et al. (2012). "Functional engraftment of colon epithelium expanded in vitro from a single adult Lgr5+ stem cell". Nature Medicine, 18(4), 618–623. doi: 10.1016/j.addr.2014.02.006 

Agradecimientos | Agradezco a Diogo Maia E Silva (estudiante en Faculdade de Medicina de Lisboa) por haberme pasado el artículo de Ranga et al., que fue el señuelo desde el que empecé a aprender sobre estos temas.

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ADN: la molécula que deja huella

Crédito: LaSexta Noticias. 

¿Quién no ha visto una serie policíaca sin que aparezcan las famosas pruebas genéticas? ¿Cuándo se desaprovecha en la tele la oportunidad de decir que se tienen evidencias de ADN contra un sospechoso? Conozcamos o no la base científica de las técnicas implicadas, todos parecemos tener claro que cuando el ADN sale a escena ya no hay nada que esconder, y que constituye una prueba fiel e irrefutable.

En numerosas ocasiones hemos oído que las diferencias genéticas entre individuos son solo del 0,1%. Teniendo en cuenta que nuestro ADN contiene 3.000 millones de pares de nucleótidos (¡unos 2 metros de ADN empaquetados en una sola célula!)... ¿No es esto buscar una aguja en un pajar? En efecto, parece increíble y complejo que acudamos a la genética para buscar aquello que nos distingue y nos hace únicos. El secreto es qué buscamos y cómo lo hacemos. 

El pasado septiembre de 2014 se cumplieron 30 años desde que el genetista británico Alec Jeffreys desarrollase la denominada “huella genética” (DNA fingerprint o perfil genético) en la Universidad de Leicester (Reino Unido)¹.

A la izquierda Alec Jeffreys, que ideó la huella genética en 1984. A la derecha el logotipo de la base de datos CODIS del FBI, que almacena actualmente más de 10 millones de perfiles genéticos criminales. Extraído de 6 y 7. 

Esta técnica se basa en la ordenación por tamaño de una serie de secuencias que son regiones cortas del ADN de 2 a 6 pares de nucleótidos repetidas una detrás de otra un determinado número de veces (normalmente menos de 50). Por esta razón, se conocen como STRs (del inglés short tandem repeats, pequeñas repeticiones en tándem)², aunque también se denominan microsatélites. Los STRs se caracterizan por su gran polimorfismo en comparación con otras regiones del genoma, es decir su tamaño es muy variable entre individuos: cada uno de nosotros tiene un número concreto de repeticiones de estas unidades que le caracteriza y distingue del resto.

La clave reside en que cada progenitor aporta un 50% de esta huella genética³. ¿Esto qué significa? Veamos un ejemplo: si mirásemos una secuencia STR determinada y una persona tuviera esa unidad repetida 8 veces en un cromosoma y 15 veces en el cromosoma homólogo, uno de sus padres tendría entonces 8 repeticiones, y 15 el otro progenitor. Esto es la base de las pruebas de paternidad.
En investigación criminal se analizan varios STRs a la vez en una muestra de ADN obtenida del lugar de los hechos (pelo, huesos, saliva, semen, etc.) y se busca coincidencia en cuanto al número de repeticiones con los STRs de los sospechosos. Allá va cómo se hace...

Una pregunta muy razonable es cómo se ve, macroscópicamente hablando, el número de veces que se repite una secuencia STR si tiene un tamaño tan pequeño (de nanómetros para ser exactos, es decir, un millón de veces menos que un milímetro).
Tras purificarse el ADN de la muestra⁴ hay una etapa fundamental: la reacción de PCR. La PCR o reacción en cadena de la polimerasa⁵ es una técnica de biología molecular que permite, partiendo de una cantidad muy pequeña de ADN, obtener muchas copias de la misma (más de mil millones) en unas pocas horas. Para la generación de huellas genéticas se emplea una variante denominada PCR múltiple, que permite aumentar la cantidad de distintos fragmentos de ese ADN (que contienen los STRs) de forma simultánea.
Una vez se tiene cantidad suficiente de los fragmentos de ADN que se desea analizar, se separan en un gel, en el que quedan situados por orden decreciente de tamaño (los que tengan más repeticiones estarán por encima de los que tengan menos).
Estos STRs se visualizan como bandas en el gel mediante fluorescencia (se irradia con un láser y el fragmento emite luz, de un color distinto para cada STR). Esta es una de las razones por las que es necesario generar muchas copias del material genético de partida mediante PCR, ya que de lo contrario no tendríamos intensidad suficiente para observar las bandas de los fragmentos en el gel.

Dibujo esquemático de un gel en el que se analizan 3 STRs distintos (los llamaremos rojo, azul y verde) en 3 sospechosos (individuos A, B y C). Como se ha explicado, se obtiene un patrón de bandas fluorescentes (2 para cada STR o color, pues recordemos que una se hereda de la madre y otra del padre), donde las bandas superiores corresponden a STRs con más repeticiones que las inferiores. Si se comparan los patrones de los 3 sospechosos con el de la muestra de ADN F obtenida en la escena del crimen (en la que también se analizan los mismos STRs), existe una clara coincidencia con el perfil de B. Elaboración propia a partir de Alberts et al. (2010)⁵. 

Además de los STRs de los cromosomas no sexuales (iguales en el hombre y la mujer), también es muy común el análisis de STRs presentes en el cromosoma Y (masculino), por ejemplo en casos de agresiones sexuales, a partir de muestras de semen.
Otros marcadores de gran interés son los presentes en el ADN de las mitocondrias, los orgánulos encargados de la generación de energía en las células. Y es que no solo hay ADN en el núcleo celular. De hecho, mientras que poseemos una única copia de ADN nuclear en cada célula, existen en torno a unas 1000 de ADN mitocondrial, que además es más resistente a la degradación y lo encontraremos también en células sin núcleo. Además, el ADN mitocondrial tiene una característica especial: se hereda solo de la madre³.

La imagen anterior era un esquema sencillo que mostraba el análisis de 3 marcadores STRs (verde, rojo y azul) pero en realidad, los perfiles genéticos se hacen con kits que permiten estudiar un conjunto de 10 a 17 STRs³. ¿Por qué tantos? ¿No bastaría con analizar un solo marcador?

Ejemplos de huellas genéticas. El ADN de la víctima (imagen de la derecha) se suele mostrar también para descartar repeticiones que pertenezcan a la víctima que pudieran estar contaminando las muestras de ADN tomadas (en el lugar de los hechos no solo está la huella del culpable). Elaboración propia a partir de 8 y 9. 

Que cualquier prueba es infalible cuando contiene la palabra ADN de por medio lo hemos interiorizado inconscientemente de la imagen que a veces dan medios como la televisión. Sin embargo, aunque la probabilidad de que coincidan las huellas genéticas³ de dos individuos no relacionados es muy baja (aproximadamente un caso entre 100000 millones), existe, y además varía en función del tipo de ADN empleado (es mayor si se usa el ADN mitocondrial o STRs del cromosoma Y). Dos situaciones bastante comunes que disminuyen la fiabilidad de las pruebas son que parte de la muestra esté degradada (menos STRs disponibles), o que el agresor y la víctima estén emparentados (menor variabilidad genética).
En definitiva, se analizan muchos STRs a la vez para disminuir el riesgo de que las pruebas den un resultado equivocado.

Con todo, el perfil o huella genética es prácticamente única para cada individuo (excepto en gemelos monocigóticos²) y ha supuesto una verdadera revolución para la resolución de crímenes, la medicina forense, los tests de paternidad, la identificación de víctimas en desastres y una interminable lista de aplicaciones, y sin duda constituye un gran avance frente a la huella digital a la hora de almacenar y cotejar los datos.

Fuentes:

1. DNA Forensics.
2. Mark A. Jobling and Peter Gill. Encoded evidence: DNA in forensic anaysis. Nature Reviews Genetics 5, 739–751 (2004); doi:10.1038/nrg1455.
3. Antonio Alonso Alonso. ADN forense, investigación criminal y búsqueda de desaparecidos. SEBBM Divulgación: la ciencia al alcance de la mano (diciembre 2011).
4. Identificación genética / Análisis de ADN. Portal AJ (Administración Justicia), Ministerio de Justicia, Gobierno de España.
5. Alberts et al., Molecular Biology of the cell, 5th edition (2010). Garland Science, New York.

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El láser: una alternativa en biomedicina

Hace dos años nos topamos con esta noticia en la televisión sobre un interesantísimo descubrimiento español en el que se afirmaba que se había mejorado la tecnología láser que podría ayudar en biomedicina. El propio Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) emitía una nota de prensa en la que se explicaban las ventajas de la nueva técnica descrita y sus aplicaciones. 

 

 Crédito: Agencia EFE. 

Es posible que a todos nos surgieran muchas preguntas al ver la noticia. ¿Cómo es posible que un simple láser sea de tanta utilidad? ¿Un láser se emplea para curar a personas? ¡Vamos a ver si podemos resolverlas! 

Pero, lo primero de todo, ¿qué es el láser? A diferencia de la luz visible, que tiene muchas longitudes de onda, el láser tiene una sola longitud de onda. Además, es un rayo muy concentrado y potente que se puede usar incluso para dar forma a los diamantes o cortar metales.

Y efectivamente… el láser es muy útil. Tiene usos en una gran variedad de campos, especialmente en el de la medicina estética. Todos nos hemos hartado de ver anuncios de depilación láser, tratamiento de varices, eliminación de tatuajes… ¡Incluso parece que es posible cambiarse el color de los ojos con el láser! Sin embargo, no solo se emplea para finalidades puramente estéticas, sino que también es importante en cirugía, por ejemplo para corregir la miopía e hipermetropía y otras alteraciones oculares. Otra de las grandes aplicaciones del láser en medicina es la eliminación de tumores, y de hecho se usa en cáncer de próstata, de cuello de útero... Todos estos procesos se basan en lo siguiente: al irradiar una zona con el láser, ésta se calienta o se vaporiza, lo que nos permite eliminar las células en el caso de un tumor, hacer una incisión con mucha precisión en cirugía, eliminar el folículo piloso en la depilación… 

Para conseguir todo esto lo mejor es emplear láseres que emiten luz con una longitud de onda superior a los 650 nanómetros, es decir láseres de luz roja, porque pueden atravesar las células y profundizar más.  Sin embargo, uno de los principales problemas de los láseres que se emplean normalmente es que no es posible conseguir una emisión duradera de luz roja porque absorben muy poca luz de excitación. Pero, ¿esto qué significa? Uno de los elementos clave de los láseres son los colorantes del medio activo¹, moléculas que cuando absorben radiación (por ejemplo, la luz) emiten otra distinta (láser). Esto significa que si absorben poca luz de excitación se emite menos radiación. En otras palabras, la luz láser que se genera es más débil. Otro problema es la degradación de colorantes o fotodegradación, que dispara el coste.

Esquema simplificado de los componentes básicos de un láser y su funcionamiento. Al irradiar con luz, los colorantes del medio activo se excitan y cuando vuelven al estado de baja energía se genera la luz láser. Por un sistema de espejos, una parte de la luz sale, pero otra se emplea para seguir excitando los colorantes (amplificación). Imagen tomada del blog La Mecánica Cuántica. 

El proyecto mencionado en el vídeo ofrece una solución a estos problemas. Liderado por un equipo de investigadores del CSIC, la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), permitió desarrollar un nuevo material láser que mejora la eficiencia y la estabilidad de los colorantes. Para ello se emplean los llamados “sistemas de láseres de colorante en estado sólido”²: usan partículas con un tamaño del orden de nanómetros (¡un millón de veces menor que un milímetro!) a las que han unido dos colorantes, la Rhodamina 6G (Rh6G) y el Azul de Nilo (NB). Rh6G es un colorante muy resistente a la fotodegradación que es capaz de absorber la radiación de excitación, verde en este caso. Cuando vuelve al estado inicial emite radiación que excita a NB, que finalmente emite luz roja. Es una reacción en cadena conocida como FRET del inglés Förster Resonance Energy Transfer³ y que significa Transferencia de Energía de Resonancia Förster. Así, tal y como vemos en el vídeo cuando se irradia con luz verde la mezcla de nanopartículas se genera un haz láser de color rojo estable.

Ejemplo del fenómeno FRET. Cuando las dos moléculas están próximas, la luz azul emitida por el aceptor excita al donador y se genera luz verde. En el experimento, esto se consigue poniendo las dos moléculas en la misma nanopartícula.  Imagen modificada de Alberts et al. (2010).  

Utilizando este tipo de láseres, los colorantes no son tan sensibles a la fotodegradación. Según comenta Iñigo López, investigador en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU y participante en el proyecto: "Antes, con 2.000 pulsos de luz se degradaban y estropeaban; con el nuevo láser y después de 50.000 golpes de luz, hemos comprobado que los colorantes solamente se han degradado en un 8%" ⁴. Por otro lado, una de las principales ventajas de este nuevo sistema es que las nanopartículas se encuentran disueltas en agua, a diferencia de los láseres convencionales en los que los colorantes están disueltos en solventes que son tóxicos e incluso cancerígenos. 

Hemos mencionado las innumerables aplicaciones del láser, pero nos gustaría explicar una de las técnicas que se comentan en el vídeo: la activación localizada de medicamentos, una técnica de futuro. Con esta ingeniosa idea, tomamos un medicamento que se distribuye por todo el cuerpo pero que solo se activará en el lugar donde irradiemos con el láser. ¿Para qué puede ser esto útil? En quimioterapia, por ejemplo. Los fármacos que se emplean para tratar el cáncer tienen como objetivo destruir células que se dividen rápidamente, una de las principales características de las células tumorales. Sin embargo, ¿qué pasa con las células que en condiciones normales también se dividen mucho? También son atacadas. Aquí se incluyen células como las del intestino, del folículo piloso que genera el pelo o de la médula ósea que genera las células de la sangre, como los linfocitos del sistema inmune. Por eso, mientras se combate el cáncer, el paciente está sufriendo diarreas, pérdida del pelo, infecciones,... En cambio, con el empleo del láser sería posible activar fármacos solo donde haya un tumor sin afectar a los tejidos sanos y, por tanto, evitaremos muchos de estos efectos secundarios. 

En conclusión, podemos ver que el láser abre una gran abanico de posibilidades tanto en ciencia como en tecnología. ¡Esperemos que siga avanzando este campo!

 Fuentes :

1. Rami Arieli. "The Laser Adventure", Capítulo 3.1. Versión en español por A. Requena, C.Cruz, A. Bastida y J. Zúñiga. Universidad de Murcia.
2. Cerdán Pedraza, Luis. "Solid state dye lasers: scattering feedback and integrated devices". Tesis doctoral. Dirigida por Ángel Costela, Inmaculada García-Moreno . Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica (2013). 
3. Alberts et al. "Biología Molecular de la Célula", traducción al español de la 5ª edición en inglés.  Ediciones Omega (2010). 
4. Entrevista a Íñigo López en el diario Naiz.

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