Investigadores biomédicos de la Universidad A&M de Texas informan de que podrían haber encontrado una forma de detener o incluso invertir la pérdida de energía celular asociada a los daños y el envejecimiento. Si futuros estudios confirman los resultados, este descubrimiento podría dar lugar a cambios significativos en el tratamiento de muchas enfermedades en medicina.
La disminución de mitocondrias puede debilitar las células
Las mitocondrias son componentes pequeños pero extremadamente importantes de casi todas las células del cuerpo y a menudo se las denomina las “centrales eléctricas de la célula”. Generan la mayor parte de la energía que necesita el cuerpo convirtiendo la descomposición de los nutrientes en la moneda energética universal ATP. Además de esta tarea central, también desempeñan un papel importante en el metabolismo, por ejemplo en la descomposición de los ácidos grasos, e incluso pueden producir calor si es necesario. Las mitocondrias tienen su propio ADN, de herencia exclusivamente materna, lo que indica que surgieron originalmente de bacterias independientes. También participan en el control de la muerte celular programada, un mecanismo importante para eliminar las células dañadas o peligrosas. Un estilo de vida sano con ejercicio, una dieta equilibrada, dormir bien y poco estrés favorece su funcionamiento.
A medida que las células humanas envejecen o resultan dañadas por enfermedades degenerativas como el Alzheimer o por influencias nocivas como los fármacos quimioterapéuticos, su capacidad para producir energía disminuye constantemente. Una de las principales razones es la disminución del número de mitocondrias, que suministran la mayor parte de la energía que consume una célula. Ya sea en el tejido cerebral, en el músculo cardíaco o en otros órganos, la disminución de mitocondrias da lugar a células más débiles y menos sanas que, en última instancia, ya no son capaces de cumplir sus funciones esenciales.
El Dr. Akhilesh K. Gaharwar y el estudiante de doctorado John Soukar, junto con colegas del Departamento de Ingeniería Biomédica, han desarrollado una técnica para reponer las células dañadas con mitocondrias nuevas. Al reponer estos diminutos productores de energía, el método puede restablecer la producción de energía a los niveles anteriores y mejorar significativamente la salud general de las células. El deterioro mitocondrial se ha relacionado con el envejecimiento, las cardiopatías y diversas enfermedades neurodegenerativas. Una estrategia que potencie la capacidad natural del organismo para reemplazar las mitocondrias desgastadas podría, en principio, ayudar a resolver todos estos problemas a la vez.
Las nanoflores transforman las células madre en donantes de mitocondrias
El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, combinó partículas microscópicas con forma de flor llamadas nanoflores con células madre. Cuando las células madre se expusieron a estas nanoflores, empezaron a producir aproximadamente el doble de mitocondrias de lo habitual. Cuando las células madre fortalecidas se colocaron junto a células dañadas o envejecidas, transmitieron sus mitocondrias extra a estas células vecinas dañadas. Una vez provistas de nuevas mitocondrias, las células dañadas recuperaron su producción de energía y su actividad normal. Estas células revitalizadas no sólo mostraron mejores niveles de energía, sino que también se volvieron más resistentes a la muerte celular, incluso cuando posteriormente fueron expuestas a tratamientos nocivos como la quimioterapia.
“Entrenamos a las células sanas para que compartieran sus baterías de repuesto con las más débiles”, explica Gaharwar, catedrático de Ingeniería Biomédica. “Aumentando el número de mitocondrias en las células donantes, podemos ayudar a las células envejecidas o dañadas a recuperar su vitalidad, sin modificaciones genéticas ni fármacos”. Aunque las células son naturalmente capaces de intercambiar pequeñas cantidades de mitocondrias, las células madre tratadas con Nanoflowers, a las que el equipo se refiere como biofactorías mitocondriales, transfirieron de dos a cuatro veces más mitocondrias que las células madre no tratadas. “El aumento múltiple de la eficacia superó nuestras expectativas”, afirmó Soukar, autor principal del estudio. “Es como poner una pila nueva en un aparato eléctrico viejo. En lugar de tirarlas, pusimos baterías totalmente cargadas de células sanas en células enfermas”.
Mayor duración del efecto de las terapias mitocondriales
Los investigadores han probado otras formas de aumentar el número de mitocondrias en las células, pero estos enfoques suelen conllevar contrapartidas. Los métodos basados en fármacos se basan en pequeñas moléculas que abandonan las células con relativa rapidez, por lo que los pacientes pueden necesitar tratamientos frecuentes y repetidos para mantener el efecto. En cambio, las nanopartículas más grandes (de unos 100 nanómetros de diámetro) permanecen en la célula y siguen estimulando la producción mitocondrial con mayor eficacia. Como resultado, es posible que las terapias basadas en esta tecnología de nanopartículas sólo necesiten administrarse una vez al mes aproximadamente. “Se trata de un paso inicial pero apasionante hacia la regeneración de los tejidos envejecidos utilizando sus propios mecanismos biológicos”, afirma Gaharwar. “Si podemos reforzar con seguridad este sistema natural de distribución de energía, algún día podría ayudar a ralentizar o incluso invertir algunos de los efectos del envejecimiento celular”.
Las nanoflores están hechas de disulfuro de molibdeno, un compuesto inorgánico que puede formar muchas formas bidimensionales diferentes a muy pequeña escala. El laboratorio de Gaharwar forma parte de un pequeño grupo de investigadores que estudian cómo utilizar el disulfuro de molibdeno con fines biomédicos. Las células madre ya desempeñan un papel central en la investigación puntera sobre reparación y regeneración de tejidos. El uso de nanofluidos para mejorar el rendimiento de las células madre podría ser un paso importante para hacerlas aún más eficaces en futuras terapias.
Enfoque versátil para numerosos tejidos
Uno de los aspectos más prometedores de esta técnica es su flexibilidad. Aunque el método aún se encuentra en una fase inicial y requiere muchas más pruebas, en teoría podría utilizarse para tratar la pérdida de función en muchos tejidos diferentes de todo el cuerpo. “Se podrían utilizar las células en cualquier parte del cuerpo del paciente”, explica Soukar. “Así, en el caso de la cardiomiopatía, se podrían tratar directamente las células del corazón colocando las células madre directamente en el corazón o cerca de él”. Cardiomiopatía es un término colectivo que designa las enfermedades del músculo cardiaco en las que se altera su estructura o función. Como consecuencia, el corazón ya no puede bombear sangre tan bien o no puede relajarse adecuadamente.
Distrofia muscular es un término genérico para un grupo de enfermedades musculares hereditarias en las que los músculos se debilitan y degeneran gradualmente. La causa son cambios (mutaciones) en genes importantes para el desarrollo o la estabilidad de las células musculares. Como resultado, las células musculares ya no son capaces de mantener su función normal y acaban muriendo. Según los investigadores, las células madre pueden inyectarse directamente en el músculo para tratar la distrofia muscular. El método es muy prometedor, ya que puede utilizarse en diversos casos. Los nuevos hallazgos podrían conducir a nuevos métodos de tratamiento para diversas enfermedades.
Neurocientíficos descubren células inmunitarias que podrían ralentizar el proceso de envejecimiento
Otros investigadores han identificado un nuevo grupo de células T helper que parecen proteger contra el envejecimiento eliminando las células senescentes nocivas. Su presencia en supercentenarios sugiere que pueden ser clave para mantener un sistema inmunitario más sano y adecuado a la edad.
El profesor Alon Monsonego, de la Universidad Ben-Gurion del Negev, ha descubierto que los linfocitos T helper, células inmunitarias que participan en la regulación de las defensas del organismo, cambian su función con la edad. Estos cambios pueden reflejar la edad biológica de una persona, que puede no corresponderse con su edad cronológica. Como parte de estos cambios, el equipo de investigación (los laboratorios del Prof. Monsonego y la Prof. Esti Yeger-Lotem) identificó un grupo de células T helper desconocido hasta entonces que se hace más abundante con la edad. La importancia de este descubrimiento se hizo más evidente cuando un estudio japonés de supercentenarios, personas que superan con creces los 100 años de edad, descubrió que el mismo subconjunto de células T helper era abundante en su sistema inmunitario. El profesor Monsonego cree que estas células pueden ayudar a mantener una respuesta inmunitaria adecuada a la etapa de la vida en la que se encuentra una persona. Los resultados se han publicado recientemente en Nature Aging.
Un subconjunto especial de células T helper podría ser el secreto de una vida más larga y saludable.
Los científicos describen el envejecimiento como un proceso en el que las células pierden gradualmente la capacidad de reparar los daños rutinarios. Cuando esto ocurre, el cuerpo muestra signos de envejecimiento. Las células senescentes, que se producen de forma natural cuando están bien reguladas, se vuelven dañinas cuando se acumulan, ya que pueden desencadenar inflamaciones y daños en los tejidos. Los investigadores descubrieron que algunas de las células T helper, cuyo número aumenta inesperadamente con la edad, tienen capacidades letales. Estas células ayudan a eliminar las células senescentes y limitan así sus efectos negativos. El trabajo del profesor Monsonego demostró que la reducción del número de estas células T ayudantes en ratones provocaba un envejecimiento más rápido de los animales y un acortamiento de su esperanza de vida. Este subconjunto inusual y altamente especializado de células T helper sigue aumentando con la edad y parece desempeñar un papel importante en la ralentización del proceso de envejecimiento.
Dado que las células T helper cambian con la edad y parecen desempeñar un papel central en el proceso de envejecimiento, el profesor Monosonego y su equipo proponen hacer un seguimiento de estos patrones inmunitarios en personas a partir de los 30 años. Este seguimiento podría proporcionar información sobre la rapidez con la que una persona envejece biológicamente y ayudar a tomar medidas tempranas para favorecer un envejecimiento saludable. Entre la edad biológica y la cronológica pueden surgir diferencias de varias décadas.
“Se dice que para invertir el proceso de envejecimiento y “rejuvenecer” el sistema inmunitario hay que restablecerlo al estado de las personas de 20 años. Sin embargo, nuestras investigaciones demuestran que quizá no sea así. Las personas no necesitan un sistema inmunitario sobrecargado, sino uno que funcione correctamente y sea adecuado para su etapa de la vida. Por lo tanto, uno de los ‘supuestos básicos’ sobre la ralentización del proceso de envejecimiento puede ser erróneo”, afirma el profesor Monsonego. Las células recién identificadas no sólo ofrecen nuevos conocimientos sobre el proceso de envejecimiento, sino que también podrían ser útiles para el diagnóstico y los tratamientos futuros del envejecimiento desregulado, la longevidad y las enfermedades relacionadas con la edad.