David Julius y Ardem Patapoutian reciben el Premio Fronteras por identificar los sensores que permiten sentir el dolor, la temperatura y la presión

El jurado del premio ha destacado que se trata de una investigación con potenciales implicaciones médicas. Actualmente, varios laboratorios farmacéuticos están investigando para identificar moléculas que actúen sobre estos receptores con el objetivo de tratar distintas formas del dolor crónico, por ejemplo el asociado a procesos inflamatorios como la artritis. “La temperatura, el dolor y la presión forman parte de nuestro sentido del tacto, quizás el menos comprendido de los cinco sentidos humanos. Julius y Patapoutian han desvelado las bases moleculares y neuronales para las sensaciones térmicas y mecánicas”, explica el acta.

Estos hallazgos han abierto un área de investigación que pretende cambiar la forma de entender procesos fisiológicos cruciales en el funcionamiento del organismo que podrán derivar en aplicaciones médicas relevantes. En este sentido, la ‘mecanobiología’ investiga por primera vez el papel de los receptores de presión en el interior del cuerpo, en sistemas como el excretor, para alertar de que la vejiga urinaria está llena, o el circulatorio, para regular la presión en los vasos sanguíneos.

Sensores del sabor y tacto

David Julius (Nueva York, 1955) descubrió que el receptor que provoca una sensación de quemazón en la boca al ingerir capsaicina, el componente picante de la guindilla o los pimientos de Padrón, es el mismo receptor que detecta el calor. De esta forma, la señal que envía el receptor se integra en el cerebro y está calibrada para interpretarlo como dolor cuando el calor es tan fuerte que puede quemar los tejidos.

“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 explicado Julius tras conocerse ganador del Premio Fronteras. Su equipo de investigación identificó el gen del receptor del ingrediente picante de la guindilla, pero la verdadera sorpresa llegó al preguntarse por la función de esa proteína en humanos. “Nos dimos cuenta de que calentar las células provocaba la activación intensa de este receptor. Fue un momento emocionante”, ha recordado.

Siguieron esta línea de investigación con la búsqueda del receptor del frío y comprobaron que se parece al de la capsaicina. “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”, ha afirmado el científico.

Posteriormente, Julius identificó también el receptor del compuesto picante wasabi y comprobaron que ese receptor está implicado en el picor que hace llorar al cortar una cebolla, y se activa también por el veneno de algunos animales, como el escorpión. Para el investigador, “lo más relevante es que es muy importante para entender el dolor de una lesión inflamatoria” y puede servir “para comprender cómo las lesiones provocan un dolor no solo agudo, sino persistente, que desemboca en síndromes de dolor crónico”.

Receptores de presión en la piel

Ardem Patapoutian (Líbano, 1967) ha descubierto los receptores para fuerzas mecánicas que determinan la sensación de presión tanto en la piel como en los vasos sanguíneos, impulsando así la ‘mecanobiología’, el campo de la ciencia que investiga  interacciones entre la biología, la ingeniería y la física. El descubrimiento del gen del receptor de la capsaicina se publicó en el año 1997. Por aquel entonces Patapoutian había empezado a estudiar las bases moleculares de la percepción sensorial.

Las investigaciones de Patapoutian parten de la observación de que el tacto es el único sentido basado en la traducción de una señal física, como la presión, al lenguaje químico que comprende el cuerpo. “Al investigar sobre los nervios que nos hacen sentir el tacto y el dolor, nos dimos cuenta de que hacen algo insólito: son capaces de percibir fuerzas físicas, como las fuerzas mecánicas y como la temperatura. Realmente se sabe muy poco sobre cómo el cuerpo traduce estas señales físicas al lenguaje químico”, ha comentado Patapoutian.

Su equipo encontró células que, cultivadas en el laboratorio, reaccionaran eléctricamente ante un estímulo físico de presión. A continuación, anularon de manera sistemática la expresión de genes candidatos mediante ARN de interferencia hasta que identificaron el receptor. “Sabíamos que había proteínas implicadas en la percepción del dolor, el tacto, la audición o la presión sanguínea, pero nadie sabía que una sola familia, los receptores que descubrimos, ‘Piezo 1’ y ‘Piezo 2’, explicaría todos estos procesos”, ha señalado.

Tras el hallazgo inicial, se han sucedido diferentes descubrimientos en este campo. El grupo de Patapoutian ha desvelado la estructura tridimensional de los receptores ‘Piezo’, lo que ayuda a entender también su funcionamiento mecánico. “‘Piezo 2’ está implicado en un tipo específico de dolor”, explica Patapoutian. “Un martillazo tiene poco que ver con este receptor, pero si sufro una quemadura solar y me duele simplemente al tocarme el hombro, sí interviene. Esto puede ser relevante para el tratamiento del dolor neuropático. Creo que los próximos cinco o diez años van a ser muy interesantes para descubrir el potencial médico de estos descubrimientos”.

Patapoutian está convencido de que la mecanobiología desvelará un tipo de comunicación adicional entre las células, lo que podría tener enormes implicaciones para la investigación biomédica: “Hasta ahora hemos entendido la vida como un conjunto de sustancias químicas que hablan entre ellas, a través de la síntesis química, pero creo que cada vez más nos damos cuenta de que la mecanobiología, las fuerzas mecánicas, desempeñan un papel importante, en procesos que van desde la división celular hasta la audición, el tacto y el dolor. Lo que hemos descubierto hasta ahora es importante, pero es solo la punta del iceberg de esta ciencia nueva”.