Premiados los científicos que han identificado los sensores del dolor, la temperatura y la presión

David Julius, científico de la Universidad de California en San Francisco, y Ardem Patapoutian, del Instituto Scripps, en La Jolla, Estados Unidos, han recibido este miércoles la decimotercera edición del Premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de Biología y Biomedicina por “identificar los receptores que nos permiten percibir la temperatura, el dolor y la presión”, según señala el acta del jurado.

Los hallazgos de los dos investigadores ayudan a comprender la complejidad del tacto, quizás el menos estudiado de los cinco sentidos humanos. “Julius y Patapoutian”, dice el jurado, “han desvelado las bases moleculares y neuronales para las sensaciones térmicas y mecánicas del cuerpo humano”. El trabajo de los dos premiados abre, además, nuevas posibilidades para el desarrollo de terapias y tratamientos que reduzcan el dolor agudo y crónico generado por traumas y otras enfermedades, por ejemplo el dolor asociado a procesos inflamatorios como la artritis.

Picante y calor, menta y frío

Julius (Nueva York, 1955) descubrió que el receptor que provoca la sensación de quemazón en la boca cuando se ingiere comida picante es el mismo que detecta el calor sobre la piel. El investigador, licenciado en Ciencias de la Vida en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, explica en un video que para descubrir los primeros receptores o detectores de temperatura “nos dirigimos al mundo natural y aprovechamos el hecho de que algunas plantas como los chiles provocan una sensación de ardor doloroso”.

El desafío de Julius era entender cómo el principal agente picante de los pimientos de Padrón, llamado capsaicina, interactúa con el sistema nervioso y con las fibras nerviosas sensoriales para generar una sensación de calor. El acta del jurado explica que el científico, doctor en Bioquímica de la Universidad de California en Berkeley, “identificó el primer gen que codifica un receptor que actúa como sensor de la temperatura, la proteína TRPV1”.

Julius descubrió que la señal que envía el receptor se integra en el cerebro y, si el calor es tan elevado que puede quemar los tejidos, es interpretada como dolor. “Las plantas se defienden generando sustancias que producen dolor a sus predadores, y se nos ocurrió explotar estas herramientas para tratar de entender la sensación de dolor a escala molecular”, ha señalado Julius.

Después de encontrar la relación entre picante y calor, Julius y su equipo de trabajo emprendieron la búsqueda del receptor del frío y comprobaron que el receptor para el mentol y la baja temperatura era el mismo. “Lo más fascinante de este hallazgo fue que esta molécula es genéticamente muy parecida al receptor activado por la capsaicina de los chiles y el calor”, dice Julius. Y continúa: “Estos descubrimientos nos revelaron que la naturaleza utiliza una estrategia común que permite a nuestro sistema nervioso detectar cambios en la temperatura a través de una familia de moléculas similares”.

Mecanobiología, presión en la piel y las arterias

Ardem Patapoutian (Líbano, 1967) descubrió los receptores para fuerzas mecánicas que determinan la sensación de presión en la piel y en los vasos sanguíneos. Sus hallazgos han impulsado un nuevo campo de la ciencia que investiga las interacciones entre la biología, la ingeniería y la física llamado mecanobiología.

De acuerdo con el jurado, Patapoutian investiga por primera vez el papel de los receptores de presión en el interior del cuerpo, en sistemas como el excretor, para alertar cuando la vejiga urinaria está llena, o el circulatorio, para regular la presión en los vasos sanguíneos. Según el acta, Patapoutian “identificó los genes de los receptores que se activan con la tensión, la fuerza mecánica del estiramiento”. Estas proteínas se denominan Piezos y “son responsables de la percepción de la presión en la piel y los vasos sanguíneos, así que su importancia para la salud va más allá del sentido del tacto”. Los Piezos son también los encargados de detectar una caricia o de alertar cuando la piel está inflamada tras una quemadura solar.

Nuestros cuerpos, dice el investigador que llegó a Estados Unidos huyendo de la guerra en el Líbano, se comunican principalmente a través de sustancias químicas. “Casi todo lo que conocemos es percepción química, incluido el gusto y el olfato, pero una parte ignorada de la biología ha sido la idea de la detección de presión para la mecanosensación. Sabemos que el tacto es un sistema que depende de ello. Las fuerzas físicas mecánicas se traducen en sentidos eléctricos o químicos que nuestras neuronas pueden comprender”.

El grupo de Patapoutian ha encontrado la estructura tridimensional de los receptores Piezo, lo que ayuda a entender también su funcionamiento mecánico: son grandes proteínas que entran y salen decenas de veces de la membrana de las células, como si fueran un hilo elástico que se estira y encoge. El investigador del Instituto Scripps también ha comprobado que estos sensores desempeñan un papel fundamental en la propiocepción, la capacidad de sentir la posición relativa de las partes del cuerpo, “un sentido al que no prestamos atención porque no lo podemos apagar”, pero del que dependemos plenamente para sostenernos en pie o aprender a caminar.

Patapoutian, licenciado en Ciencias en la Universidad de California en Los Ángeles y doctor en Biología por el Instituto Tecnológico de California, explica que los Piezos se utilizan también para detectar la densidad ósea y la presión arterial. “Podemos pensar que manipular los niveles de Piezo podría ser beneficioso para la hipertensión y la osteoporosis”.

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