Cómo la bioelectricidad podría transformar nuestra percepción del cuerpo

por Sally Adee
Extraido de su TEDxManchester

Sally Adee es una galardonada escritora de ciencia y tecnología. Para más contexto sobre la investigación discutida en esta charla, vea a continuación:

Aquí hay algunos aspectos que no se suelen asociar con la electricidad: óvulos y espermatozoides, su encuentro para concebir, la capacidad de cicatrizar las heridas y el cáncer. Pero en las últimas décadas, nuevas herramientas y nuevos conocimientos de diversas disciplinas científicas han dejado claro que la electricidad está involucrada en todos ellos.

Las primeras investigaciones muestran que los voltajes de las células cancerosas pueden variar, generalmente dentro de un rango de -50 a -10 mV. Para más información, consulte aquí y aquí:

https://www.nature.com/articles/s42003-022-04077-2

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3713347/

Puede encontrar más información sobre el papel de los genes en la morfología y la información espacial aquí:

https://link.springer.com/article/10.1186/s40850-020-00063-5

https://www.nature.com/articles/nature10200

No nos referimos a la electricidad de un enchufe; se trata de bioelectricidad, que se genera en las células. Cada una de sus 40 billones de células es una pequeña batería, y su voltaje es más relevante en los procesos biológicos de lo que probablemente jamás haya imaginado.

Se está empezando a descubrir cómo manipular estas diminutas baterías de maneras que podrían revolucionar la forma en que comprendemos y tratamos nuestras enfermedades más comunes.

Sally Adee trabajó durante diez años como editora de artículos sobre tecnología en New Scientist y la revista IEEE Spectrum. También ha escrito para el New York Times, BBC Future, Quartz y The Economist.

Ha ganado un premio del Club Nacional de Prensa de EE. UU., un premio BT Information Security y el premio del Gremio de Escritores de Salud por su relato interno sobre las jóvenes clínicas de sangre de Silicon Valley. Esta charla se impartió en un evento TEDx con el formato de conferencia TED, pero organizado de forma independiente por una comunidad local. Más información en https://www.ted.com/tedx

Hoy os contaré cómo hacer crecer un ojo en el trasero de una rana.

No, no os estoy sugiriendo que lo hagáis, por favor, no lo hagáis.

Lo que quiero contaros es cómo un grupo de científicos consiguió hacer crecer un ojo en el trasero de una rana. La razón de hablar de este experimento es que forma parte de un conjunto mucho mayor de avances que están ocurriendo en la biología.

Pero antes de entrar en detalles, como insinuó Herb, empecemos por hablar de algo más complejo: la física de partículas, y en particular, el modelo estándar. Aunque puede sonar complicado para un sábado a las 10:30 de la mañana, el modelo estándar es, básicamente, el mejor y más probado modelo que tenemos para entender cómo funcionan las partículas que componen toda la materia del universo y las fuerzas que las rigen.

Es como tener una lista de recetas e ingredientes para hacer cualquier cosa en el universo, siempre que lo necesites. Biología, por otro lado, realmente necesita algo como un modelo estándar, pero no lo tiene. En lugar de eso, tenemos los "omas" — el genoma, el transcriptoma, el proteoma... que han avanzado mucho nuestra comprensión de la biología.

El problema es que los "omas" son como continentes separados sin conexión entre sí, no se unen en un todo coherente. Y lo más importante, no tienen en cuenta la fuerza más fundamental de todas: la electricidad.

No estoy hablando de la electricidad que usamos para cargar el móvil en un enchufe, sino de la electricidad que vosotros mismos fabricáis. Todos los biólogos sabrán que cada uno de nosotros tiene electricidad vibrando a través de nosotros cada minuto del día. Esa electricidad es la que permite que podamos oír lo que os estoy diciendo y que yo pueda dar esta charla.

Si alguna vez habéis oído hablar de la bioelectricidad, probablemente fue cuando estudiabais el sistema nervioso. El sistema nervioso fue, de hecho, el primer lugar donde se aceptó hablar de bioelectricidad.

A finales del siglo XVIII, el anatomista Luigi Galvani y el inventor de la pila, Alessandro Volta, se enzarzaron en una enorme discusión científica sobre la electricidad en los nervios y músculos. Mientras Galvani defendía que había descubierto la electricidad en estos tejidos, Volta lo refutaba. La guerra científica fue tan feroz que todos los científicos europeos tuvieron que tomar partido. La mayoría se inclinó por el lado de Volta, pero, a pesar de los años, la bioelectricidad siguió encontrando evidencias en los nervios y músculos.

El problema era que la química no podía explicar completamente las señales nerviosas. Las reacciones químicas eran demasiado lentas para explicar cosas como el hecho de que puedas apartar la mano de una estufa caliente antes de que siquiera la toques.

En la década de 1970, se zanjó el asunto con la invención de la pinza de parche, que permitió observar las células nerviosas de cerca. A través de esta herramienta, se descubrió que las células nerviosas, al igual que una batería, tienen un voltaje negativo dentro de ellas, específicamente de -70 mV. Así, la electricidad pasó a formar parte integral de la biología.

Y lo más impresionante es que los canales iónicos que transportan electricidad no solo están en las células nerviosas. Están presentes en todas las células de nuestro cuerpo, en la piel, los huesos, las células madre, las de plantas, hongos y microbios. Si una célula está viva, tiene un canal iónico. Pero, ¿por qué?

El cuerpo humano está formado por unos 40 billones de células. Cada tejido usa iones diferentes y, como consecuencia, cada célula tiene una identidad eléctrica propia. Por ejemplo, las células nerviosas tienen un voltaje de -70 mV, mientras que las células musculares tienen un voltaje más robusto de -90 mV, y las células grasas son un poco más débiles, con unos -50 mV.

Antes de que estas células se maduren, como las células madre o los óvulos fertilizados, no tienen voltaje. Están en cero. Solo cuando alcanzan su identidad eléctrica, el voltaje se activa. Y es aún más curioso que cuando estas células, que forman parte de tejidos maduros, se vuelven cancerosas, el voltaje también vuelve a cero.

Este fenómeno nos lleva a investigar viejos misterios que, hasta ahora, no habíamos resuelto. Uno de ellos es la galvanotaxis, que se refiere al comportamiento de las células cuando se les aplica un campo eléctrico. Al colocar una célula en una placa de Petri y aplicarle un campo eléctrico, la célula se moverá hacia el extremo catódico del campo. Este fenómeno es fascinante y, aunque se conocía desde los años 20, los científicos evitaban comprenderlo. Ahora, estamos empezando a encontrar pistas.

Otro misterio que estamos comenzando a resolver gracias a la bioelectricidad es la cicatrización de heridas. ¿Cómo es que los humanos pueden regenerar partes de su cuerpo, como los dedos, antes de los 11 años, pero luego perdemos esa capacidad? Y, más aún, ¿cómo sabe un óvulo fecundado cómo convertirse en un ser humano, con dos brazos, dos piernas, ojos y trasero?

Esto no está determinado por el ADN. El genoma nos da los detalles, como el color de los ojos y la estatura, pero no las generalidades. No hay nada en el ADN que explique cómo nos formamos en una estructura tan consistente. Ahí es donde entra la bioelectricidad, y la pinza de parche nos ayuda a visualizar el sistema eléctrico que guía este proceso.

Herramientas como la sonda vibratoria (que, a diferencia de lo que su nombre podría sugerir, no es lo que parece) permiten observar no solo los potenciales de acción de las células nerviosas, sino también los campos eléctricos sutiles que emanan de todas las células. Esto nos ayuda a comprender la galvanotaxis y la regeneración celular.

Un invento fascinante llamado Dermacorder nos permite ver los campos eléctricos generados por tejidos enteros. Por ejemplo, cuando nos cortamos, el cuerpo emite una corriente desde la herida. Esta corriente es lo suficientemente fuerte como para arrastrar las células reparadoras hacia el centro de la herida, facilitando la cicatrización.

Además, ahora podemos ver estos patrones eléctricos en desarrollo, como en un renacuajo en crecimiento, donde el voltaje se visualiza mediante un tinte especial que convierte la electricidad en gradientes de brillo, mostrando exactamente cómo y dónde se formarán los rasgos físicos.

Lo más impresionante es que, además de observar la electricidad, también podemos manipularla. Fármacos para canales iónicos nos permiten abrir o cerrar estos canales a voluntad, lo que ha revolucionado el tratamiento de trastornos del sistema nervioso. Y, lo que es aún más fascinante, este tipo de manipulación eléctrica ha permitido editar el patrón corporal.

Michael Levin, uno de los investigadores clave, logró que un gusano Planaria, normalmente con cabeza y cola, formara dos cabezas en lugar de una. Y lo mismo ocurrió con una rana a la que se le hizo crecer un ojo en el trasero, solo manipulando la electricidad.

Este tipo de experimentos no son solo por diversión. Tienen enormes implicaciones para la medicina regenerativa, la cicatrización de heridas y el tratamiento del cáncer. Por ejemplo, un investigador llamado Brook Chernet fue capaz de evitar la formación de tumores en renacuajos simplemente manipulando la electricidad, evitando que las células cancerosas volvieran a su estado "cero".

El concepto de electroma, la idea de un sistema eléctrico biológico que une todo el cuerpo, está cambiando el paradigma de la biología y la medicina. Nos lleva a pensar en las posibilidades de manipular la electricidad para hacer crecer órganos, curar heridas y tal vez incluso cambiar nuestra forma física de maneras sorprendentes.

Así que, ¿hacia dónde vamos? En el siglo XIX, la invención del electrómetro marcó el inicio de un nuevo entendimiento de la electricidad. Y ahora, en 2023, tenemos ojos en los traseros de las ranas. No creo que nadie quiera un ojo en el trasero, pero ¿qué tal unos ojos en la nuca? Quién sabe, la bioelectricidad está abriendo un nuevo siglo, el siglo bioeléctrico.

Y eso es todo. ¡Gracias!