Las señales celulares que desencadenan la curación de heridas son sorprendentemente complejas

Señales celulares para la cicatrización de heridad
LABORATORIO DE HUTSON, UNIVERSIDAD DE VANDERBILT
Publicado 10/10/2017 7:57:36CET

MADRID, 10 Oct. (EUROPA PRESS) -

A pesar de una tremenda cantidad de estudio científico, muchos misterios sobresalientes rodean todavía la forma en que las células en el tejido vivo responden y reparan el daño físico. Un misterio prominente es exactamente cómo se desencadena la curación de heridas: entender mejor este proceso es esencial para desarrollar nuevos y mejorar los existentes para tratar heridas de todo tipo.

Usando un láser ultravioleta ultrarrápido, un equipo de físicos y biólogos de la Universidad de Vanderbilt, en Nashville, Estados Unidos, ha dado un importante paso para entender la naturaleza de estas señales detonantes. Sus nuevas ideas se describen en un documento titulado "Mecanismos múltiples que impulsan la dinámica de la señalización de calcio alrededor de las heridas epiteliales inducidas por láser", publicado este martes en 'Biophysical Journal'.

Investigaciones anteriores habían determinado que los iones de calcio desempeñan un papel clave en la respuesta de la herida, lo cual no es sorprendente, porque la señalización del calcio tiene un impacto en casi todos los aspectos de la vida celular. Por lo tanto, los investigadores --encabezados por el profesor de Física y Ciencias Biológicas Shane Hutson y la profesora asociada de Biología Celular y Biológica del Desarrollo Andrea Page-McCaw-- apuntaron a células en la parte posterior de las crisálidas de la mosca de la fruta que expresaron una proteína que se ilumina en presencia de iones de calcio.

Esto les permitió rastrear los cambios en las concentraciones de iones de calcio en las células alrededor de las heridas en el tejido vivo (en contraposición a los cultivos celulares utilizados en muchos estudios previos sobre respuestas a la herida) y hacerlo con una precisión sin precedentes de milisegundos, según los propios investigadores.

El equipo creó heridas microscópicas en la capa epitelial de las crías usando un láser que puede enfocarse hasta un punto lo suficientemente pequeño como para perforar agujeros microscópicos en células individuales (menos de un millonésimo de metro). La precisión del láser posibilitó crear heridas repetibles y controlables y así los científicos encontraron que incluso el más breve de los pulsos en el rango de nanosegundo a femtosegundo produjo una explosión microscópica llamada burbuja de cavitación lo suficientemente potente como para dañar las células cercanas.

"Como resultado, el daño producido por los pulsos de láser es muy similar a una herida punzante rodeada por un traumatismo por aplastamiento, por lo que nuestras observaciones deben aplicarse a las heridas más comunes", dice la primera autora, Erica Shannon, estudiante de doctorado en Biología del Desarrollo.

ANÁLISIS DE DOS HIPÓTESIS

Los investigadores probaron dos hipótesis predominantes para el desencadenante de la respuesta de la herida. Una es que las células dañadas y moribundas liberan proteínas en el líquido extracelular que las células circundantes detectan, provocando que elevan sus niveles internos de calcio. Este aumento de la concentración de calcio, a su vez, provoca su transformación de una forma estática a una forma móvil, lo que les permite comenzar a sellar la herida.

La segunda hipótesis propone que la señal de detonación se extiende de célula a célula a través de espacios de intersecciones, conexiones intercelulares especializadas que conectan directamente dos células en los puntos donde se tocan. Estas son puertas microscópicas que permiten a las células vecinas intercambiar iones, moléculas e impulsos eléctricos rápida y directamente.

"Lo que es extremadamente emocionante es que encontramos evidencia de que las células usan ambos mecanismos --dice Shannon--. Resulta que las células tienen varias maneras diferentes de señalar lesiones, lo que les permite diferenciar entre diferentes tipos de heridas". Los experimentos revelaron que la creación de una herida genera una serie compleja de señales de calcio en el tejido circundante.

Primero, llega una entrada rápida de calcio en las células inmediatamente alrededor de la herida, lo que coincide con la señal de la burbuja de cavitación. Los niveles de calcio en el líquido extracelular son mucho más altos que en las células. Debido a la rapidez con que se produce (menos de una décima de segundo), los investigadores sostienen que esta afluencia es provocada por micro-desgarros en las membranas celulares desgarradas por la fuerza de la micro-explosión.

A continuación, una onda de corto alcance se extiende a través de células vecinas sanas. Cuanto mayor es la herida, más rápido se extiende la onda. La velocidad con la que se mueve la onda sugiere que viaja a través de los huecos de las uniones y está compuesta por iones de calcio o alguna otra molécula de señalización pequeña.

Alrededor de 45 segundos después de que se produce la herida, aparece una segunda ola. Esta onda se mueve mucho más lentamente que la primera ola, pero se extiende
considerablemente más lejos. Los investigadores interpretan que esto significa que se está propagando por moléculas más grandes, probablemente proteínas de señalización especiales, que se difunden más lentamente que los iones. Sin embargo, advierten que se requieren más experimentos para confirmar esta suposición. La segunda ola sólo se produce cuando se matan las células, no cuando están sólo dañadas, lo que sugiere que es dependiente de la extensión del daño.

Las dos primeras ondas se propagan relativamente simétricamente a través del tejido. No obstante, después de la segunda ola, el área de alta concentración de calcio empieza a enviar "destellos", corrientes direccionales de captación de calcio que se propagan más lejos en el tejido circundante. Cada llamarada dura decenas de segundos y las nuevas llamaradas continúan comenzando más de 30 minutos después de la lesión.

"Una vez que entendamos estos mecanismos de activación, debería ser posible hallar formas de estimular el proceso de cicatrización de heridas en personas con patologías como diabetes, que ralentizan el proceso, o incluso para acelerar la cicatrización normal de la herida", afirma Hutson.

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