Una investigación realizada por investigadores de la Universidad Francisco de Vitoria junto con otras universidades, introduce una técnica novedosa que permite observar cómo funcionan las células a nivel energético, en tiempo real. El estudio, publicado en ‘Science’, presenta el primer mapa de calor obtenido de una célula viva.
Este logro, que involucra también a la Universidad Georg August de Gotinga y a la Complutense de Madrid, junto con la Unidad de Biofísica Traslacional del Hospital 12 de octubre, es un hito significativo en el estudio de la biología celular.
Imagen térmica de una célula viva
Los investigadores han logrado captar imágenes que muestran cómo las células vivas producen y manejan su energía, comparable a ver el calor que emite una máquina funcionando.
Esta técnica avanzada de análisis del calor ofrece una mirada sin precedentes al estado térmico de la célula y cómo ésta rinde físicamente, centrándose especialmente en los glóbulos rojos.
“El estudio trasciende a décadas de exploración en biología celular, desarrollos en física teórica y avances computacionales, presentando el primer mapa microscópico de calor que está siendo producido por una célula en cada momento”, indica Diego Herráez profesor de la UFV, investigador principal del BioCompLab, y responsable del desarrollo de algoritmos en biofísica y microscopía computacionales.
Glóbulos rojos: máquinas de producir calor
Los investigadores han medido por primera vez el flujo de calor en una célula individual, un proceso conocido en física como producción de entropía, la cual determina la potencia calórica puesta en juego por la célula en relación con la energía que disipa a su ambiente.
Se han descubierto valores de producción de entropía tan pequeños que equivalen a una milbillonésima parte de una caloría por segundo, es decir, un femtowatio de potencia por cada célula.
Aunque esto pueda parecer insignificante a escala humana, es una cantidad notablemente grande para la maquinaria celular, que opera en un nivel microscópico con una precisión exquisita a nivel molecular.
“Este estudio marca un hito en nuestro entendimiento de cómo las células, asemejándose a pequeñas máquinas térmicas, transforman y gestionan la energía”, afirma el profesor Monroy, de la Universidad Complutense.
El calor como indicador de salud celular
Este avance ofrece nuevas perspectivas sobre el metabolismo y cómo se convierte la energía en seres vivos. Según Ritort, estas observaciones del calor celular “podrían llevar a métodos innovadores para monitorear la salud celular y tisular”.
Además de ser un indicador de la salud celular, el calor puede proporcionar información crucial sobre el funcionamiento de las células y los tejidos del cuerpo. Esto podría abrir nuevas vías para evaluar y diagnosticar enfermedades de manera más precisa.
“Estamos presenciando el nacimiento de una nueva técnica que permite determinar los estados funcionales celulares, tanto en términos mecánicos como termodinámicos. Analizamos su funcionamiento en términos de fuerzas y rendimiento energético, que están óptimamente regulados en condiciones fisiológicas de salud, pero pueden estar alterados o desregulados en situaciones de enfermedad”, señala Diego Herráez, investigador de la Universidad Francisco de Vitoria.
Flujo de calor y eficiencia energética de las células
La entropía se suele asociar con el desorden y el caos. Pero en el campo de la biología, la producción de entropía está estrechamente vinculada a la eficiencia energética. Esto significa que está directamente relacionada con el metabolismo y la regulación, es decir, el conjunto de procesos químicos que sostienen la vida dentro de las células.
Los científicos de este consorcio han calculado la producción de entropía mediante la observación de los movimientos activos de glóbulos rojos individuales, conocidos como “parpadeo”, y las fuerzas mecánicas que los generan desde el interior de la célula en relación con su capacidad de adaptación al flujo sanguíneo.
Según el Profesor Félix Ritort, quien ha dirigido esta investigación desde el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB), comprender la producción de entropía en los sistemas vivos es fundamental para entender la eficacia de los procesos de conversión de energía.
