Premio Fronteras del Conocimiento en Biología y Biomedicina

Ardem Patapoutian: “Por amor a la ciencia pura descubrimos aplicaciones médicas en áreas como el dolor”

“Por amor a la ciencia pura estamos descubriendo aplicaciones médicas inesperadas en áreas como el dolor”, explica el neurocientífico Patapoutian

Firma: Nekane Lauzirika | Foto: José M. Martínez  | 23.09.2021

“La investigación en ciencias básicas da pie a averiguaciones fascinantes”, sostiene Ardem Patapoutian, premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina. Su galardón, junto a David Julius, ha sido por descubrir los receptores moleculares con los que percibimos los estímulos de presión. “Nos ayudan a distinguir entre una suave brisa y el pinchazo de un cactus y también nos indican cuándo nos sube la presión sanguínea o tenemos la vejiga llena”, explica a DEIA, medio del Grupo Noticias, Patapoutian.

Nunca había oído la palabra mecanobiología. ¿Cómo la definiría?

- Las células del cuerpo se comunican a través de compuestos químicos, hormonas por ejemplo, y todo sus nutrientes son sustancias químicas que nuestro cuerpo siente; los científicos saben mucho sobre ello. Pero la parte de la biología más ignorada es la de cómo sentir los estímulos físicos, tales como las fuerzas mecánicas o la temperatura. Así que en mi laboratorio, junto al de David Julius, hemos identificado proteínas que traducen estas fuerzas físicas en señales químicas que sí entienden las células; sientes el tacto, el dolor, cómo escuchas, percibes la presión arterial, son sentidos que dependen de la capacidad de sentir fuerzas físicas como son la presión y la fuerza.

En la escuela nos explicaban la transmisión de las señales neuronales electro-químicas. ¿Por qué se ha tardado tanto en descubrir los receptores de las percepciones mecánicas? ¿Quizá por su tamaño?

Los receptores moleculares nos ayudan a distinguir entre una suave brisa y el pinchazo de un cactus”

- Porque eran demasiado pequeños y por motivos técnicos. Era muy difícil encontrarlos porque no sabíamos a qué se parecían. La investigación se había centrado en los químicos, no en los receptores que identificaban los físicos, éste era un concepto totalmente nuevo, nadie sabía qué buscar.

La piezoelectricidad es bien conocida en electrónica, pero ¿qué es una molécula ‘piezo’ en biología?

- Piezo significa presión en griego. Las llamamos proteínas piezo por el término físico piezoeléctrico que indica conformaciones que trasforman la fuerza mecánica en eléctrica y a la inversa. Esto es lo que hace este canal protéico: convierte los estímulos mecánicos en estímulos químicos. Son moléculas muy grandes comparadas con otras, pero son submicroscópicas en tamaño y han evolucionado específicamente para sentir la presión. Tienen tres brazos y cada uno se desplaza a la parte exterior de la membrana celular; si se estira la membrana estos brazos sienten la tensión y abren los poros, con lo cual estas proteínas forman canales iónicos que pueden abrirse o cerrarse. Al estirarse se abren, entran los iones y esto es suficiente para activar la célula.

¿Cuántos ‘piezos’ se conocen? ¿Cuántos pueden existir? ¿Qué procesos físicos activan / desactivan los genes que regulan los ‘piezos’?

- En los seres humanos hay dos piezos. Piezo2 se haya en las neuronas sensoriales del sistema nervioso, el Piezo1 es más amplio, porque estas proteínas se expresan y presentan en muchas especies, organismos unicelulares, también en plantas. Recientemente hemos visto que igual que el Piezo2 en humanos es responsable del tacto, este piezo en las raíces de las plantas siente la dureza de la superficie, así que cuando la planta contacta con piedra crecen sus raíces pero sorteando esa roca; es el piezo2 quien realiza la función táctil en las plantas. Así que cualquier distorsión física en la membrana activa los canales iónicos. Si lo estiras o si aplicas un líquido en la superficie, estas fuerzas físicas activan el canal.

La función de un ‘piezo’ es transformar una señal física en lenguaje químico. ¿Cómo es el proceso? ¿En qué parte de las células ocurre?

- Por ejemplo, las neuronas del tacto son células que están junto a la columna vertebral y lo que hacen es enviar señales a las puntas de los dedos; al final de estas neuronas está el piezo2. Si hay presión en tu dedo cambia la forma de estas proteínas de modo que pasa del estado cerrado al abierto y pasan iones; por eso a estas proteínas las llamamos canales iónicos. Abren o cierran un agujero en la membrana celular. Cuando lo abren entran iones como el sodio, potasio o el calcio y activan la célula, es el mecanismo de transmisión de señal física a química.

Ardem Patapoutian, científico libanés afincado en EE. UU. Foto: Fundación BBVA

¿Son muy específicos los ‘piezos’?

- Hacen cosas semejantes. Dejan que iones como el sodio o el calcio entren en ciertas células. En algunas como las neuronas, lo que importa es el sodio, porque su polaridad cambiante es el lenguaje de las neuronas y si está activada envía una señal eléctrica. En otras células, como musculares o en vasos sanguíneos es el calcio el que desempeña un papel importante clave.

Los ‘piezos’ van asociados al tacto, pero también a estiramientos, por ejemplo, de la piel o de los vasos sanguíneos. ¿La importancia de los ‘piezos’ va más allá del tacto?

- Así es. Nuestro interés inicial era el sentido del tacto y del dolor. Pero lo que nos dicen los piezos es que cualquier forma de presión en el cuerpo está relacionada con estos canales iónicos. Por ejemplo, sienten la presión en los vasos sanguíneos, su activación causa diferencias en la presión arterial, se expresan en los glóbulos rojos; tienen muchos roles que no esperábamos y todo relacionado con cómo se siente la presión.

El dolor es una noción compleja, algo muy importante para la supervivencia”

El dolor traumático, el agudo y más el crónico (por ejemplo, artrítico), son enfermedades en sí mismas. ¿Podría utilizarse su descubrimiento para mitigar estos tipos de dolor?

- El dolor es una noción compleja, algo muy importante para la superviencia. No debemos inhibir el dolor agudo. Lo interesante es que hemos demostrado tanto en modelos animales como humanos que aunque Piezo2 se requiere para el tacto, el dolor agudo no se ve afectado por él. Sin embargo, una forma clínicamente relevante de dolor, cuando el tacto se convierte en algo doloroso, en ese caso sí depende del Piezo2 y, por lo tanto pensamos que bloquear el Piezo2 podría ser útil en individuos que sufren de dolor neuropático o dolor crónico persistente o incluso patologías como la malaria.