Una investigación liderada por Leonel Malacrida, científico del Institut Pasteur de Montevideo y del Hospital de Clínicas (Univ. de la Republica), junto a expertos de la Universidad de California en Irvine, aporta datos clave para entender el desarrollo de cataratas y la ceguera asociada.

Sus resultados fueron publicados en la prestigiosa revista Science Advances. El trabajo forma parte de una línea de investigación iniciada hace cuatro años por Malacrida durante su posdoctorado en California y continuó más recientemente en la Unidad de Bioimagenología Avanzada, un Unidad mixta entre el IP Montevideo y el Hospital de Clínicas que lidera desde 2019.

En diálogo con Montevideo Portal, investigador habló sobre el trabajo, que se enfocó especialmente en aspectos del desarrollo de las células del cristalino, la parte del ojo que actúa como una lente y permite enfocar correctamente en la retina, elemento calve para la correcta visión.

“Es un trabajo colaborativo que empezó cuando estaba haciendo mi posdoctorado en la Universidad de California. Trabajaba en el Laboratorio de Dinámica de Fluorescencia, y estaba interesado en entender la dinámica del agua dentro de las células, utilizando herramientas de microscopía de fluorescencia avanzada, que nos permite separar poblaciones de agua en base a qué actividad tienen, cómo rotan y cómo interacciones con otras moléculas”, explicó Malacrida.

“Después de bastante tiempo en utilizar estas herramientas conocí a Irene Vorontsova (Nueva Zelanda), que estaba un piso arriba del mío en el Departamento de Biología Celular y Desarrollo. Ella venía trabajando desde hace mucho tiempo en problemas del cristalino (lente) que generaban afectaciones de su correcta función. En particular de dos proteínas, que se llaman acuaporina 0 (a y b), que se encargan de transportar agua a través de las células. Cuando nos conocimos y se enteró que yo trabajaba en el agua intracelular y ella estaba interesada en ver cómo se distribuía el agua en el lente la conexión fue inmediata y surgió la oportunidad de trabajar en algo juntos”, agregó.

Malacrida sostuvo que desde un principio trataron “de entender los aspectos más elementales, cómo se desarrolla el lente desde los días mas tempranos hasta la madurez”. “Como modelo usamos el pez cebra, que es un pececito que tiene un tamaño relativamente pequeño, es transparente y se puede manipular genéticamente relativamente fácil con las herramientas que hay hoy en día”, añadió.

Además, comentó que Vorontsova “tenía generadas algunas líneas de peces en los cuales había eliminado ambas versiones de estas proteínas, o una a una, lo que nos permitía entender qué rol jugaba cada una de ellas y de qué manera podía afectar la dinámica del agua”.

En el transcurso de ese camino se sumó Alexander Vallmitjana (España), que tiene “una gran experiencia en el área de procesamiento de imágenes”. “Él desarrolló algunos algoritmos y herramientas para poder entender cómo se distribuía la dinámica del agua en espacio y tiempo, entender esto en las dos y las tres dimensiones era clave”, sostuvo el investigador.

“Es un grupo heterogéneo y muy colaborativo, muy complementario, sin una de las patas el proyecto no hubiera logrado el éxito que tuvo”, acotó. Luego, se sumó al proyecto Belén Torrado, que es otra uruguaya, que está ahora en California haciendo su posdoctorado en el Laboratorio de Dinámica de Fluorescencia y quien continuó con parte del trabajo experimental. “Yo me volví y seguí trabajando en ese tema, lo desarrollo aquí entre la Universidad de la República y en el Institut Pasteur de Montevideo”, dijo Malacrida.

Equilibrio del agua

Usando herramientas de microscopía de fluorescencia y análisis de imagen avanzados, los investigadores estudiaron el equilibrio del agua durante el desarrollo de las células del cristalino de estos peces, y observaron que cuando se rompe ese equilibrio (cuando hay mucha o poca agua en el desarrollo de la célula), esto afecta el modo en que la luz llega a la retina y surgen problemas de visión, como cataratas y por ende ceguera.

“Usábamos unas moléculas orgánicas (fluoróforos) que tienen una característica muy peculiar, fueron diseñadas de tal manera de que cuando uno le proporciona una luz del color adecuado, logran absorber esa luz y esta luz las lleva a un estado de alta energía. Ese estado le permite interaccionar con su entorno, es como un nanosensor que logra interrogar su entorno más cercano e identifica que o quien está a su alrededor”, aseveró Malacrida.

“Lo que particularmente censa dentro de una célula es el agua, que tiene características dipolares, por lo cual, se puede reorientar si uno le pone un campo eléctrico. En ese caso, esta molécula genera un pequeño campo eléctrico y cuando hace esto gasta parte de la energía en reorientar el agua, y los expresa a nosotros con un cambio de color cuando emite esa luz (o lo que conocemos como fluorescencia)”, añadió.

Además, utilizaron “ciertas herramientas de microscopía para ver cuánto cambia o cuánto no cambia esa molécula y a partir de ahí inferimos cómo está la dinámica del agua”. “esas herramientas matemáticas nos permiten entender que sucede y por lo tanto cuantificarlo”, acotó.

Malacrida contó que descubrieron que “todo el proceso de maduración del lente lleva un enorme rearreglo de la dinámica del agua”. “El lente empieza como una estructura extremadamente hidratada, con muchísima actividad celular, y al paso de los dos o tres días empieza a cambiar el centro del lente, volviéndose extremadamente baja la actividad (o alto hacinamiento molecular). Empieza a aumentar muchísimo la concentración de proteínas dentro de lo que se llama el corazón del lente, y empieza a correrse esa distribución de agua mucho más activa hacia lo que es la corteza del lente”, aseguró.

En su investigación se dieron cuenta de que la acuaporina A y B generaban efectos sobre la distribución de esa agua a los cinco días. “El lente ya tenía un centro mucho más hidratado y cuando poníamos las dos proteínas juntas se generaban cataratas que eran muy importantes e inhibían completamente la visión”, explicó el científico.

“Luego logramos entender que la acuaporina A tiene un rol especial en la disponibilidad del agua, es decir, en la entrada y salida del agua en las células. La B tiene un rol en cómo se pegan las células, pero cuando ambas fueron eliminadas no se pueden hacer ninguno de los procesos y el efecto es mayor. La homeostasis del agua es un proceso muy controlado porque estas células pierden sus organelos luego de algunos días”, agregó.

Por último, Malacrida opinó que “la contribución más importante fue entender que el agua era un proceso clave en el proceso de maduración”. “Hay un montón de campos para seguir trabajando y entendiendo cómo funcionan las células y por qué el agua tiene un rol fundamental en correcto desarrollo de estas”, concluyó.