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| Los dos ganadores ex aequo del premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021. Dominio público. |
Gracias entre otros a las investigaciones de Ramón y Cajal (Premio
Nobel de 1906 por su descubrimiento de las neuronas), casi tres siglos después de
Descartes dos neurólogos descubrieron la existencia de neuronas sensoriales
especializadas que registran cambios en nuestro entorno. Joseph Erlanger y
Herbert Gasser recibieron el Premio Nobel en 1944 por su descubrimiento de
diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales que reaccionan a distintos
estímulos, por ejemplo, en las respuestas al tacto.
Desde entonces, se ha demostrado que las células nerviosas están
altamente especializadas para detectar y transducir diferentes tipos de
estímulos, lo que permite una percepción matizada de nuestro entorno; por
ejemplo, nuestra capacidad para sentir diferencias en la textura de las
superficies a través de las yemas de los dedos, o nuestra capacidad para
discernir tanto el calor agradable como el doloroso.
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| Figura 1. En esa publicación. que incluye el dibujo adjunto, el filósofo René Descartes imaginó cómo el calor envía señales mecánicas al cerebro. |
Antes de los descubrimientos de David Julius y Ardem Patapoutian, nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe e interpreta el entorno contenía una pregunta fundamental sin resolver: ¿cómo se convierten la temperatura y los estímulos mecánicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso?
Trabajando independientemente, dos investigadores, David Julius y
Ardem Patapoutian, descubrieron los receptores que nos permiten sentir los
cambios de temperatura (Julius) y de presión (Patapoutian), lo que les ha
valido para recibir ex aequo el premio Nobel de
Fisiología (Medicina) de 2021.
Los neurorreceptores
Asociados a la piel, distribuidos a diferentes profundidades y en
localizaciones estratégicas, disponemos de unos cinco
millones de estructuras especializadas denominadas neurorreceptores. Se trata
de terminaciones de neuronas sensitivas que constituyen nuestro sistema
somatosensorial, responsable de muchas sensaciones diferentes, incluida la temperatura,
el tacto, la posición y el movimiento del cuerpo, el dolor y el picor. En ese
sistema complejo, los neurorreceptores son las proteínas encargadas de enviar y
detectar neurotransmisores, sustancias químicas que permiten la comunicación
entre neuronas.
Podríamos decir que en los efectos combinados de nuestro sistema
somatosensorial radica la conexión con el mundo que nos rodea. Los
descubrimientos hechos por Julius y Patapoutian han servido para resolver algunas
cuestiones relacionadas con los mecanismos que hacen que determinados estímulos
se convierten en señales nerviosas a nivel molecular.
Mientras que las investigaciones de Ardem Patapoutian en el
instituto de investigación Scripps de California han logrado identificar los genes
Piezo1 y Piezo2
responsables de codificar las proteínas del mismo nombre que responden a la
presión y son fundamentales para nuestro sentido del tacto, trabajando con algo
tan prosaico como los pimientos Julius y sus colaboradores han logrado
descubrir los mecanismos fisiológicos de nuestro sentido térmico.
Un poco de picante
La sensación que llamamos “picante” es la respuesta de nuestro
sistema nervioso a la presencia de una molécula, la capsaicina, que almacenan
los pimientos (Capsicum anuum) y particularmente sus variedades más
picantes conocidas como “chiles picosos” en México y “guindillas” en
España, para que los mamíferos evitemos comerlos, pero que no afecta a otros animales,
sobre todo a las aves, que, completamente insensibles a la ardiente molécula,
son las encargadas en la naturaleza de esparcir las semillas de los pimientos
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| Figura 2. Las proteínas de canal iónico TRPV1 y TRPM8 son termorreceptores que funcionan como compuertas que permanecen cerradas o abiertas en función de la temperatura. La capsaicina fue utilizada como inductora del mecanismo de apertura y cierre. Elaboración propia. |
La capsaicina interactúa químicamente con una proteína llamada TRPV1 que reside
en la membrana de ciertas neuronas, cuya consecuencia es que, cuando la proteína
detecta capsaicina, la neurona se excita y envía una señal al cerebro, donde
genera una sensación de dolor. En la boca, las moléculas de la familia TPRV son
termorreceptores y nociceptores del dolor
por abrasión. Los diferentes receptores (TPRV-1, 2, etcétera) se activan en
distintos rangos de temperatura.
De ahí procede la sensación de ardor que sentimos al morder variedades
de pimientos ricos en capsaicina y otras moléculas afines que almacenan las
plantas más
picantes del mundo: el cerebro cree que la boca arde. Y como
esta sensación es independiente del sistema sensorial que regula el sabor, la
sensación se combina de múltiples formas con los sabores clásicos (ácido,
amargo, dulce, etcétera) dando gran variedad de sabores picantes.
Y es que en nuestra boca hay miles de receptores para el dolor y
otras sensaciones. De ellos unos 10 000 son receptores gustativos. Como esos
receptores están situados unos junto a otros en la lengua, a veces mezclamos
sensaciones. Por ejemplo, cuando describimos el sabor de una guindilla diciendo
que nos «quema» la lengua, estamos diciendo la verdad: en nuestro cerebro la
capsaicina inerva las mismas neuronas que se activan cuando tocas un cuerpo a
335 grados. Básicamente, nuestro cerebro nos dice que tenemos la lengua metida
en una estufa.
Pese a ello, seguimos tomando picante porque su ingesta nos hace
felices. Cuando ingerimos capsaicina, la hipófisis segrega endorfinas en el
torrente sanguíneo. Las endorfinas son las
mismas hormonas estrechamente emparentadas con los opiáceos que se liberan
cuando comemos o mantenemos relaciones sexuales, proporcionándonos una
sensación de placer. Sin embargo, como ocurre con cualquier tipo de calor, rápidamente
este puede hacerse primero incómodo y luego insoportable.
El conocimiento de estos mecanismos fisiológicos, neurológicos y
bioquímicos que hoy constituyen lecciones elementales en las facultades de Medicina
y Biología, se debe a las investigaciones del doctor David Julius y su equipo
en la Universidad de California. Comenzaron a trabajar en los termorreceptores
en la década de 1990, centrándose en la capsaicina. Aunque ya sabía que esta
molécula activaba las células nerviosas que causaban sensaciones de dolor, intentaban
descubrir qué sensores en las terminaciones nerviosas realmente responden al
calor de este compuesto.
Utilizando ARN de neuronas humanas cultivadas en laboratorio,
crearon una biblioteca de millones de cadenas de ADN que correspondían a genes
en las neuronas sensoriales que reaccionan al dolor, al calor y al tacto
(Figura 2). La investigación culminó cuando finalmente identificaron un solo gen que era
responsable de hacer que las neuronas fueran sensibles a la capsaicina. El gen codifica
la construcción de una proteína, la TRPV1 (Receptor de potencial transitorio V1),
que funciona como una compuerta que abre y cierra el paso de iones, haciendo
que percibamos el calor
de la capsaicina como doloroso.
Este fue el primero de muchos más termorreceptores que Julius y su
equipo han descubierto. El descubrimiento de la proteína TRPV1 fue un gran
avance que permitió profundizar en la investigación sobre cómo la temperatura
induce señales eléctricas en el sistema nervioso. Esa línea hizo que, utilizando
mentol (el
alcohol extraído de varias especies de Mentha), identificaran más tarde el
TRPM8, un
receptor que se activa con el frío que notamos al saborear un caramelo
de menta.
La importancia de estos sensores
Los mamíferos somos los únicos animales que tenemos la capacidad
de generar y mantener la temperatura corporal interna. Si nuestra temperatura
sanguínea cae por debajo de 27 ºC, nuestro estado es crítico. Por eso es
esencial para la supervivencia poder detectar los cambios de temperatura en
nuestro entorno con objeto de mantener la temperatura corporal adecuada. Nos
dicen que debemos abrigarnos si hace frío o no tocar la puerta caliente del
horno caliente para no quemarnos.
El descubrimiento de los termorreceptores en nuestro sistema
nervioso significa que ahora sabemos cómo se detectan los cambios en la
temperatura de nuestro entorno. Descubrir los receptores que detectan el calor
(TRPV1) y el frío (TRPM8) significa que se puede ahondar en la investigación sobre
medicamentos destinados tratar la inflamación, la picazón, el dolor y la alodinia por frío.