Hoy quiero contaros un avance que va a permitir explorar mejor el interior de las células, en relación con su estado de salud o enfermedad. Como sabéis, las células contienen en su interior varios orgánulos, los cuales son estructuras moleculares generadas y mantenidas por la célula que efectúan las diversas funciones que esta necesita para seguir con vida. Como para todo, hay orgánulos más famosos y otros menos conocidos. Los más famosos son probablemente los cromosomas, que contienen de manera ordenada el ADN y controlan el acceso a la información genética. Otros orgánulos muy conocidos son las mitocondrias, las generadoras de la energía química que la célula necesita. Orgánulos como el proteasoma o los lisosomas son probablemente menos conocidos. Sin embargo, estos últimos efectúan también una función fundamental. Esta no es otra que el reciclaje de componentes celulares viejos o degenerados, es decir, la eliminación de basura molecular que, de no ser reciclada, haría imposible la vida de la célula. Los dos orgánulos se reparten la tarea de reciclaje de componentes procedentes de dos fuentes diferentes.

El proteasoma recicla principalmente proteínas viejas o mal formadas que se encuentran solubles en el citoplasma celular, la sopa de componentes moleculares, de enzimas y sus sustratos, que nadan en el medio acuoso contenido entre la membrana externa y la membrana del núcleo de la célula. El proteasoma funciona como un túnel de lavado automático de vehículos, salvo que en lugar de lavarlos, los separa en sus componentes. En un proteasoma de coches, un “cocheasoma”, podríamos llamarlo, los coches viejos entrarían enteros por la entrada del túnel y saldrían por la salida descompuestos en ruedas, puertas, capós, asientos, volantes, baterías, cables, etc. Pues bien, en el caso del proteasoma, las proteínas viejas entran por uno de sus extremos y en su interior son cortadas en pequeños trocitos, llamados péptidos, que abandonan el proteasoma por el otro extremo. Los péptidos así formados pueden entonces ser procesados con mayor eficacia para extraer sus aminoácidos, que podrían ser utilizados para fabricar nuevas proteínas. Además, esos péptidos sirven de señal de identidad de la célula que los produce, ya que son presentados por el complejo mayor de histocompatibilidad, lo que es necesario para indicar a los linfocitos T del sistema inmunitario el estado de salud de las células.

No todas las proteínas se encuentran en el citosol. Muchas están asociadas a la membrana de la célula, tanto por su parte externa como por su parte interna. Estas proteínas no son solubles y cuando su reciclaje es necesario no pueden pasar al citoplasma y alcanzar el proteasoma, ya que siguen estando atrapadas por la membrana de la célula. Por esta razón, estas proteínas, así como las proteínas procedentes de otras células que desde el exterior pueden unirse a ellas, necesitan otro mecanismo de reciclaje. Este mecanismo involucra a unas vesículas, llamadas lisosomas, que como su nombre indica, son cuerpos (somas) que lisan, que rompen. Lo que rompen son, sobre todo, proteínas, pero, en este caso, pueden destruirse también otras clases de moléculas, como lípidos o carbohidratos. Esto es así gracias a que los lisosomas contienen en su interior numerosas enzimas digestivas, alrededor de sesenta diferentes, que se encuentran en un pH ácido, similar al del estómago, el cual favorece la degradación de los enlaces químicos que mantienen unidos entre sí a los aminoácidos y a otras moléculas biológicas.

Al igual que sucede con cualquier proceso vital, como es el reciclaje de componentes moleculares de las células, los fallos o imperfecciones en ellos causan enfermedades más o menos graves. Por ejemplo, el fallo en una molécula encargada de ayudar a introducir a ciertas proteínas de los linfocitos en el proteasoma para degradarlas puede conducir al desarrollo de enfermedades autoinmunitarias, en las que el sistema inmunitario ataca al propio organismo, o puede conducir a la generación de células tumorales que pueden causar leucemias o linfomas. El mal funcionamiento de los lisosomas conduce al desarrollo de las enfermedades por almacenamiento lisosómico, que también pueden, en ocasiones, conducir al desarrollo de ciertos tumores. Además, los lisosomas no solo participan en el reciclado de componentes viejos de la membrana, sino que también participan en la reparación de esta, en procesos de inmunidad, y en procesos de muerte celular programada que son indispensables para mantener el buen equilibrio del organismo.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Cincinnatti, en los Estados Unidos, lleva varios años interesado en poder averiguar el estado del pH de los lisosomas de manera rápida y no invasiva, es decir, sin necesidad de extraerlos de las células, matándolas, y destruirlos. El valor del pH de esos orgánulos es un indicador fiable de su estado de funcionamiento. Conocer esto es importante como herramienta diagnóstica y para otros propósitos igualmente importantes, como veremos.

Los investigadores han sido capaces, tras varios años de esfuerzos, de desarrollar una molécula que se une a los lisosomas y revela el valor de su pH gracias a cambios en su color. Se trata de una sonda, es decir, una molécula que permite espiar en tiempo real el estado de los lisosomas.

Tal vez estés familiarizado con los llamados papeles indicadores de pH, que contienen pigmentos que cambian de color dependiendo del nivel de acidez de la solución con la que se les pone en contacto. Puedes adquirirlos por Internet, si tienes curiosidad, no son demasiado caros. La sonda molecular desarrollada por los investigadores es capaz de hacer algo similar, aunque en este caso el cambio de color es más limitado. La sonda es de color verde claro, pero intensifica su color a medida que el pH se hace más ácido.

Cuando la sonda penetra en el interior de una célula viva y se incorpora a la membrana de los lisosomas, es capaz de revelar la posición de estos y el valor de pH de cada uno, así como los cambios que experimentan los lisosomas en posición y acidez a lo largo del tiempo. Esto permite ahora extraer información de la dinámica y evolución de los lisosomas en el interior de una célula durante varios días, algo que antes no era fácil o incluso posible estudiar.

Los investigadores no se contentan, sin embargo, con estos resultados. Utilizando otras sondas desarrolladas anteriormente, que revelan con color rojo la posición de las mitocondrias, son capaces de medir la distancia media entre lisosomas y mitocondrias mediante el empleo de microscopía de alta resolución. Los investigadores descubren así dos interesantes hechos hasta ahora desconocidos. El primero, que las mitocondrias aumentan de tamaño en el caso de que se comiencen a desarrollar enfermedades degenerativas. El segundo, que los lisosomas se acercan a las mitocondrias si estas están dañadas. Por el momento, se desconoce la importancia de estos nuevos hallazgos para el diagnóstico o el tratamiento de ciertas enfermedades.

Para intentar averiguar su importancia, los investigadores están desarrollando un nuevo software basado en inteligencia artificial. Se pretende que el software sea capaz de aprender a extraer información de las diferencias entre las imágenes de células sanas y de células enfermas tratadas con estas u otras sondas moleculares futuras. Se persigue que el examen de la imagen celular permita, entre otras cosas, predecir si una célula se convertirá en tumoral o no y ayudar en el diagnóstico y la clasificación de enfermedades degenerativas o tumorales para contribuir a determinar la eficacia de los potenciales tratamientos para ellas. Son avances que como es habitual, dan fe de la ingeniosidad de algunos científicos y de la esperanza que la ciencia siempre ofrece al progreso.