Las células usan la ‘bioelectricidad’ para cooperar y tomar decisiones colectivas

• Se reveló el proceso por el cual las células del tejido epitelial expulsan células anormales mediante señales eléctricas
• Los cambios en el potencial de membrana actúan como punto de partida de la extrusión celular, identificando células débiles o con falta de energía
• Las células sanas restauran el desequilibrio de potencial, pero las células dañadas no logran mantenerlo y se contraen antes de ser expulsadas fuera del tejido
• Este flujo bioeléctrico cumple un papel clave en mantener la salud del tejido y regular el crecimiento
• Los investigadores destacan que la bioelectricidad es un mecanismo básico de intercambio de información en los tejidos vivos más allá del sistema nervioso

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Bioelectricidad y comunicación entre células

• Investigaciones recientes confirmaron que los tejidos epiteliales usan señales eléctricas para expulsar células anormales
  • Este proceso es importante para mantener la salud del tejido y prevenir enfermedades como el cáncer o el asma
  • El flujo eléctrico funciona como una especie de “chequeo de salud” de las células
• A medida que las células se vuelven más densas, aumenta la corriente a través de la membrana celular, y las células débiles fallan en mantener el potencial
  • En ese momento, el agua sale de la célula, esta se contrae y luego es eliminada del tejido
• El investigador GuangJun Zhang evaluó este hallazgo como un caso que muestra que las señales bioeléctricas son clave para la toma de decisiones a nivel celular

Principios básicos de la bioelectricidad

• Todas las células consumen energía para mantener el potencial de membrana (membrane potential)
  • Se trata de una diferencia de potencial generada por la diferencia en la concentración de iones a ambos lados de la membrana celular, una forma de almacenamiento de energía eléctrica
• Mediante canales iónicos y bombas, las células regulan el movimiento de cargas y así generan señales eléctricas
• Las neuronas usan este potencial para provocar liberación de neurotransmisores y picos de potencial, transmitiendo información
  • La contracción muscular y el latido del corazón también comienzan con estas señales eléctricas

Mecanismo de extrusión eléctrica en células epiteliales

• El tejido epitelial usa alrededor del 25% de su energía para mantener el potencial de membrana celular
• El equipo de investigación de Jody Rosenblatt observó el fenómeno en el que algunas células, cuando hay sobrepoblación celular, se contraen y luego son empujadas fuera del tejido
  • El cambio de potencial es el punto de partida de la extrusión, y los canales de potasio dependientes de voltaje cumplen un papel clave
• Las células sanas activan bombas para restaurar el potencial, pero las células dañadas no logran sostenerlo y son expulsadas tras contraerse
  • La presión entre células induce cambios de potencial y así identifica el “eslabón débil” entre ellas

Universalidad evolutiva de la bioelectricidad

• Según la investigación de Gürol Süel, las colonias bacterianas (biofilm) también coordinan cooperación y distribución de recursos mediante señales eléctricas
  • Los cambios de potencial reflejan de inmediato el estado celular y funcionan como un medio rápido de integración de información
• Se confirmó que la bioelectricidad es un mecanismo de coordinación que ha aparecido repetidamente a lo largo de la evolución
  • Se usa de forma común en diversos seres vivos, incluidas neuronas, células epiteliales y respuestas táctiles de las plantas
• Investigaciones de Zhang, Levin y Barriga muestran que las señales eléctricas también participan en la dirección del crecimiento embrionario y en la formación de la forma

Posibilidades de expansión de la investigación en bioelectricidad

• Las células cancerosas tienen un potencial de membrana distinto al de las células normales, y fallas en la regulación eléctrica podrían estar relacionadas con la formación de tumores
• La bioelectricidad actúa como base de todos los sistemas energéticos celulares, incluida la síntesis de ATP
  • Algunas hipótesis sobre el origen temprano de la vida proponen que el flujo eléctrico de las chimeneas hidrotermales de aguas profundas fue el punto de partida de la vida
• Los investigadores señalan que todavía no se ha revelado ni la mitad de la bioelectricidad, y la consideran un área clave de exploración futura en las ciencias de la vida

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Opiniones de Hacker News

• La entrevista con Michael Levin fue realmente fascinante. Si la ves desde 1:19:11, puedes ver una retrospectiva de sus años de investigación sobre la bioelectricidad y casos sorprendentes como el experimento en el que logró crear ojos en embriones de rana
  Ver entrevista
  • La parte retrospectiva de Levin fue especialmente impactante. Su trabajo está sacudiendo la visión del desarrollo centrada en los genes. Los experimentos en los que patrones eléctricos hacen que se formen ojos fuera del tejido ocular, ignorando instrucciones genéticas, muestran otro nivel de información morfogenética que apenas estamos empezando a entender
  • En el video también cuentan la historia inicial de su laboratorio. El descubrimiento de que podían “modelar” ojos con bioelectricidad fue una innovación totalmente alucinante. Estaba buscando gente con quien hablar de este tema, así que armé un servidor de Discord
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  • Por cierto, vale mucho la pena escuchar también la parte inicial sobre biología. Sin eso, es difícil captar bien el sentido de lo que viene después
• Desde que leí la investigación de Michael Levin, me convencí de que la actividad bioeléctrica es muy importante también fuera de las neuronas. Este caso es simple pero interesante. El proceso en el que las células se empujan entre sí y detectan a la más débil se siente casi como un mecanismo de cooperación y exclusión dentro de una comunidad
• Un estudio de 2023 dijo que usaron corriente externa para acelerar la cicatrización de heridas. Fue especialmente efectivo en casos que no sanan bien, como las heridas diabéticas
  Enlace al estudio
• Creo que la redacción del artículo de Quanta Magazine es algo exagerada. En realidad, el estudio muestra que cuando las células se vuelven densas cambia el potencial de la membrana, y las células con poca energía se contraen, envían señales a sus vecinas y terminan expulsándose a sí mismas. O sea, no es una “toma de decisiones colectiva” entre células, sino una reacción físico-química a nivel de células individuales
  • Entonces, ¿que una sustancia química haga cambiar la dirección de un flagelo (flagellum) podría llamarse una “decisión”? Al final es una cuestión de definición. Mecanismos de coordinación similares también se ven en la división celular (mitosis)
  • Es una explicación correcta
• Robert O. Becker también trató estos temas en The Body Electric (1985). Me da gusto ver que investigaciones recientes parecen continuar esa línea
• Incluso a nivel celular, la electricidad es clave. La mayoría de las biomoléculas están en la frontera entre conductores y aislantes, y su estado cambia según los enlaces o cambios de pH. La interacción eléctrica entre grupos de células es una abstracción un nivel por encima de eso
  Texto relacionado
• ¿Será que este tipo de investigación podría estar relacionado con lo que experimentan las personas que sienten sensibilidad a la radiación no ionizante?
  • Un conocido mío pensó durante mucho tiempo que el problema eran las ondas electromagnéticas, pero al final resultó ser una enfermedad genética llamada hemocromatosis (hemochromatosis). Se resolvió con donaciones regulares de sangre
  • Yo sí soy realmente sensible a los campos electromagnéticos. La radiación electromagnética me provoca insomnio, pesadillas y empeora trastornos del estado de ánimo. Los canales iónicos activados por voltaje están relacionados con trastornos del ánimo, y eso podría ser una vía de respuesta a los EMF
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  • Al final, se está proyectando energía, así que claro que puede afectar el equilibrio químico. También podría ser un efecto simple, como el aumento de temperatura
• Me sorprendió que las células usen 25% de su energía para mantener el potencial de membrana
• Desde la perspectiva de alguien no especializado, me parece interesante que aparezcan efectos de largo alcance incluso fuera de las neuronas. Un artículo reciente de Quanta sobre los astrocitos va en una línea parecida
  Enlace al artículo
• Desde hace mucho se sabe que algunos reflejos ocurren sin una decisión consciente, como retirar la mano al tocar algo caliente. Esas respuestas también usan señales eléctricas, así que me pregunto cuál sería el aspecto novedoso de esta investigación
  • No se trata del estímulo eléctrico que mueve los músculos, sino de un mecanismo que transmite el estado de salud de la célula como señal para expulsar del tejido a células envejecidas o enfermas
  • Eso se llama reflejo de retirada. La “decisión” se toma a nivel de la médula espinal. Se puede ver al cerebro como una gran extensión de la médula espinal. También vale la pena revisar ganglio