Aprender cómo las células musculares sienten la atracción de la gravedad


El astronauta de JAXA Koichi Wakata con el hardware Cell Mechanosensing-1 durante un intercambio de medios en el módulo presurizado kibo Japanese Experiment. Crédito: NASA

Las personas pueden sentir fácilmente la presencia, o ausencia, de la gravedad. Nuestras células individuales en realidad también pueden ser capaces de sentir la gravedad, y esa capacidad podría desempeñar un papel en la pérdida de músculo que ocurre cuando los humanos pasan tiempo en el espacio. Una investigación en la Estación Espacial Internacional para aprender más sobre cómo exactamente las células sienten la gravedad podría ayudar a los científicos a descubrir formas de prevenir esa pérdida muscular, en el espacio y en la Tierra.

Las células del músculo esquelético son particularmente sensibles al estrés mecánico,o carga, por lo que el ejercicio estimula el crecimiento de estos músculos. Esta sensibilidad también podría explicar por qué la microgravedad hace que los músculos se atrofien o se desperdicien. Investigaciones anteriores sugieren que las células del músculo esquelético tienen formas únicas de detectar el estrés mecánico. Los científicos creen que la falta de estrés mecánico en las células por gravedad puede disminuir la tensión en la membrana celular y afectar la expresión de proteínas y genes clave, lo que en última instancia conduce a la atrofia muscular.

Sin embargo, los mecanismos por los cuales esto sucede aún no se entienden, y la investigación de La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) Cell Mechanosensing busca cambiar eso.

El investigador principal Masahiro Sokabe, PhD, profesor de la Escuela de Graduados de Medicina de la Universidad de Nagoya en Japón, explica un posible mecanismo: que las células detectan la gravedad utilizando mitocondrias, un cuerpo relativamente pesado dentro de nuestras células.

"La microgravedad causa pérdida de peso en las mitocondrias", dice Sokabe, "lo que disminuye la tensión en las fibras conectadas a la membrana celular y reduce la actividad en los canales que mueven los iones de calcio a través de la membrana celular". Juntos, la disminución de la concentración de calcio en la célula y el adelgazamiento de las fibras de estrés podrían ser la causa de la pérdida de músculo.

Para probar si esto es lo que sucede, los investigadores están utilizando marcadores fluorescentes en células de ratón y rata (específicamente células madre de ratón o MSCs y células L6 de mioblastos de rata), que prosperan en condiciones de microgravedad, informa el coinversor Takeshi Nikawa de la Universidad de Tokushima. Estas células se unirán a matrices extracelulares que son estructuras en forma de malla formadas por moléculas que las células secretan para proporcionarles soporte estructural y bioquímico. Las matrices con diferentes rigideces crearán tensiones variables en las fibras de tensión y las membranas celulares para simular las cargas mecánicas, incluida la de la gravedad, experimentadas por las células en la tierra.
El astronauta de la ESA Alexander Gerst está con el equipo Cell Mechanosensing en la Estación Espacial Internacional. Crédito: NASA

La pérdida de fuerza y tono muscular, y la dificultad resultante con la actividad física después del regreso a la Tierra, son desafíos de larga data de los viajes espaciales prolongados. Los astronautas que viajan a Marte, por ejemplo, tendrán que estar físicamente activos casi inmediatamente después de su llegada a ese planeta. En la Tierra, la pérdida muscular es el resultado de un reposo prolongado en cama o inactividad debido a la edad, la enfermedad o la cirugía, así como algunas formas de distrofia muscular.

Comprender los cambios mecánicos y químicos en las funciones celulares que causan la atrofia muscular, y el papel que desempeña la gravedad, ayudará a los investigadores a desarrollar enfoques terapéuticos para inhibir esos cambios y, en última instancia, ayudar a prevenir la pérdida muscular.
El tipo de célula de ratón utilizada en la investigación de Cell Mechanosensing. Crédito: JAXA/Nagoya University

Esta es la tercera etapa del experimento para lanzar a la estación. El primero aplicó varios medicamentos a células de ratas y ratones cultivadas en la Instalación de Experimentos de Biología Celular (CBEF) en el módulo Kibo de la estación espacial. Esas células fueron tratadas con productos químicos para preservar el material genético y congeladas para su regreso a la Tierra. La segunda etapa analizó el efecto de la microgravedad en la migración celular, la estructura de la fibra de estrés y las mitocondrias a temperatura ambiente. Para este experimento, las células vivas se mantendrán en una nueva cámara de temperatura controlada en Kibo, observadas con un microscopio fluorescente, luego fijadas químicamente y refrigeradas para su regreso a la Tierra.

Al descubrir cómo nuestras células "sienten" la gravedad,esta investigación podría ayudar a determinar finalmente por qué y cómo los músculos se desperdician en el espacio. Eso puede hacer que las personas en el espacio y en la Tierra se sientan mucho más fuertes.

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