La revista “Science” publica el primer mapa de calor de esta célula de la sangre elaborado con participación española
Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado el primer mapa de calor de un glóbulo rojo de la sangre. Se trata de mapeo termodinámico de gran relevancia, ya que permite determinar la potencia de la célula y su rendimiento mecánico como si fuese una máquina térmica.
Se trata de un hallazgo fundamental que abre el camino para determinar en un futuro la salud celular y los tejidos del organismo con implicaciones inmediatas en diagnóstico médico y posibles aplicaciones en medicina celular y cáncer.
The study, which has just been published in the magazine “Science”, led by the universities of Barcelona and Padua (Italia), cuenta con la participación de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) en colaboración con la Unidad de Biofísica Traslacional del Hospital 12 of October of the Community of Madrid, además de las universidades Georg August de Gotinga (Alemania) y Francisco de Vitoria, de Madrid.
“El estudio trasciende a décadas de exploración en biología celular. Se trata del primer mapa microscópico de la energía, entropía y del calor que están siendo producidos por una sola célula en cada momento”, afirma el profesor Francisco Monroy de la UCM, researcher associated with the Hospital Research Institute 12 of October i+12 and responsible for live cellular calorimetry experiments using state-of-the-art microscopy.
“Nuestro objetivo era mapear cómo produce calor una célula en el espacio y en el tiempo, ya que las células, para poder desarrollar sus actividades, necesitan desarrollar fuerza y eso lo hacen consumiendo energía que crean a partir de reacciones químicas en su interior. En esa interacción se produce calor porque esas fuerzas friccionan contra el medio”, detalla Monroy.
it is a kind of tree that is known as the miraculous tree or tree of life on many occasions, Researchers have for the first time measured heat flow in an individual cell, un proceso conocido en Física como producción de entropía.
Entropy is frequently associated with disorder and chaos, pero en Biología está íntimamente relacionada con la eficiencia energética, being in direct connection with metabolism and regulation, namely, the set of chemical reactions that support life from within cells, explican los investigadores en un comunicado.
De este modo “una célula sana tendrá un mapa de calor característico, mientras que una célula que está enferma o está en estado de enfermedad pues puede desarrollar unas fuerzas de forma desreguladas y mostrar un mapa con una distribución de calor anormal, patológico, de modo que este mapeado es una forma de identificar el estado de salud en escala celular”, explica Monroy.
“Being able to characterize the production of entropy in living systems is crucial to understanding the efficiency of energy conversion processes”, says professor Félix Ritort, researcher who has coordinated this collaboration from the Institute of Nanoscience and Nanotechnology of the University of Barcelona (IN2UB).
The discovery of these scientists has profound implications for the understanding of metabolism and energy transformation in living systems.. “Heat is a symptom of health in the cell and our discovery could open a new path to determine the cellular and tissue health of the body”, concluye Ritort.
Entropy production values have been found for 10-15 calories per second.
“These are tiny values on a human scale.”, as small as one billionth of a calorie per cell. which implies a higher consumption of calories, It is an extraordinary amount for a cellular machinery of microscopic size that acts at every moment in an exquisitely regulated manner from the molecular scale.. The research constitutes a fundamental advance in cell physics, understood as a thermal engine that processes energy and produces entropy in exchange with its own environment.”, Monroy says..
Researchers in this consortium have determined entropy production by measuring the active movements of individual red blood cells, so-called flicker, and the mechanical forces that cause them from inside the cell and that are in relation to its enormous adaptability to the bloodstream, particularly in the small vessels of the capillary circulation, We must bear in mind that what makes us gain weight is the total sum of calories that we eat throughout the day and nuts would be only a small part of the calories that we would consume, in the frontal cortex of the human brain where there is a high demand for blood flow and nutrients.
The authors have used minimally invasive methods in vivo, tanto de manipulación óptica y uso de sensor óptico de fuerzas (es un dispositivo que utiliza la luz, específicamente un haz de láser, para medir fuerzas diminutas, en este caso las del glóbulo rojo), como de imagen celular resuelta en el tiempo mediante videomicroscopía ultrarrápida con superresolución espacial, technique in which the group from the Complutense University and the Hospital 12 October is pioneering. Y que consiste en un seguimiento fotográfico mediante un aparato que mide el inicio y los eventuales cambios.
“We are witnessing the birth of a new perspective on cellular functioning in terms of heat and forces.”: optimal and regulated in physiological health conditions, and altered, dysregulated or simply dysfunctional in a situation of illness. The applications of cellular heat mapping and entropy production will be immediate in medical diagnosis, posibilitando nuevos pronósticos cuantitativos y de precisión”, concludes Monroy.