David Julius y Ardem Pataputian han sido distinguidos con el Nobel de Medicina por desvelar cómo el dolor, el calor, el frío y la presión pueden generar impulsos nerviosos que “nos permiten percibir el mundo a nuestro alrededor y adaptarnos a él”, como apostilla el Instituto Karolinska.
Acreditado especialista en los campos de la Bioquímica y la Biología Molecular, el profesor Julius se ha centrado en cómo nuestros cuerpos perciben el calor, el frío y los irritantes químicos, lo que lleva a nuevos conocimientos sobre la naturaleza fundamental del dolor, así como nuevos objetivos para la terapia del dolor. Es premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica.
Para comprender cómo las señales responsables de la temperatura y la sensación de dolor se transmiten por circuitos neuronales al cerebro, el profesor Julius ha aprovechado una variedad de sustancias nocivas producidas por animales y plantas, incluidas las toxinas de las tarántulas y las serpientes coralinas; capsaicina, la molécula que produce el calor en los chiles; y los productos químicos subyacentes a la acritud del rábano picante y el wasabi.
Guiado por estudios sobre cómo estos productos naturales y otros compuestos desencadenan sensaciones de calor, frío y dolor, este investigador se ha centrado en una clase de proteínas denominadas canales iónicos TRP, como actores clave en el aparato de señalización del dolor del sistema nervioso.
Un ejemplo de la importancia de este trabajo para la biomedicina es el intenso interés de la industria farmacéutica en los canales de TRP como objetivos potenciales de nuevos analgésicos.
Julius y los misterios sin resolver de la biología
El máximo responsable de la Universidad de California en San Francisco, Sam Hawgood, destaca que “el trabajo de David personifica la creatividad, el rigor científico y el coraje necesarios para perseguir los principales misterios sin resolver de la biología y lograr los sorprendentes descubrimientos que finalmente conducen a avances cruciales en la salud humana”.
Las investigaciones del profesor Julius, ahora reconocidas con el Nobel de Medicina, abren nuevas vías para el desarrollo de fármacos para tratar el dolor.
Su trayectoria, a juicio de varios de sus compañeros de la Universidad de California en San Francisco, ha sido impulsada por una aguda conciencia de la urgente necesidad clínica de nuevos medicamentos, que puedan tratar eficazmente el dolor sin los efectos secundarios y el potencial adictivo de los opioides.
Después de unirse a esta Universidad en 1989, el profesor Julius desarrolló la estrategia de usar un producto natural llamado capsaicina, el compuesto químico responsable del picante de los chiles, para rastrear la proteína responsable de la sensación de dolor ardiente. La investigación condujo a la identificación y clonación de la proteína responsable específica, llamada TRPV1, en 1997.
Su trabajo reveló que TRPV1, un canal iónico especializado situado en las puntas externas de los nervios sensoriales, responde tanto a la capsaicina en los pimientos picantes como a temperaturas superiores a 110 grados Fahrenheit, que se transmiten al cerebro como una sensación de calor.
Nobel de Medicina a los mecanismos del dolor
Además, TRPV1 también contribuye a la hipersensibilidad al calor que se siente en el tejido lesionado, como la piel quemada por el sol, donde el cerebro puede percibir los estímulos leves como ardor.
Un enfoque similar permitió a David Julius identificar y estudiar distintos canales de TRP responsables de otros tipos de sensaciones. Así como la capsaicina reveló que TRPV1 permite que las células nerviosas sensoriales respondan al calor, el profesor Julius utilizó mentol de menta y compuestos relacionados para identificar, en 2002, un canal distinto denominado TRPM8 que responde a temperaturas frías.
Un tercer canal TRP, el TRPA1, responde a los compuestos picantes que le dan al wasabi su fuerza y también están involucrados en el dolor inflamatorio.
En los últimos años, el profesor Julius ha centrado su atención en comprender mejor la estructura de TRPV1 y las moléculas relacionadas, con la esperanza de que esta información pueda impulsar el diseño de nuevos analgésicos. En un tour de force científico en 2013, él y Yifan Cheng, compañero en la misma Universidad, utilizaron microscopía crioelectrónica para determinar la estructura de TRPV1 a escala casi atómica. Dos años después, estos dos científicos consiguieron determinar la estructura de TRPA1, el receptor de wasabi.
Además del premio Príncipe de Asturias, el profesor Julius ha recibido numerosos galardones, entre ellos el Breakthrough en Ciencias de la Vida, el Gairdner de Canadá, el Shaw en Ciencias de la Vida y Medicina, el Kavli en Neurociencia, y el premio Dr. Paul Janssen de Investigación Biomédica.
Es miembro de la Academia Nacional de Ciencias, la Academia Nacional de Medicina y la Academia estadounidense de Artes y Ciencias.
Patapoupian y las células mecanosensibles
Por su parte, el libanés nacionalizado estadounidense Ardem Patapoupian es profesor de Neurociencias en el Instituto Scripps, en la localidad californiana de La Jolla. Desde hace tiempo está interesado en los canales iónicos y otros sensores celulares que traducen los estímulos mecánicos en señales químicas.
Estos sensores investigados por el nuevo premio Nobel son la base de cómo sentimos el tacto, el dolor, el sonido y el flujo sanguíneo. Los canales de cationes descubiertos por Patapoutian y su equipo se expresan en tipos de células mecanosensibles, como glóbulos rojos y células endoteliales vasculares, así como en neuronas táctiles y propioceptivas.
La mecanotransducción -según la Universidad de Stanford- es posiblemente la última modalidad sensorial que no se comprende a nivel molecular. Se postula que las proteínas/canales iónicos que detectan la fuerza mecánica desempeñan un papel fundamental en la detección del tacto/dolor (somatosensibilidad), el sonido (audición), el esfuerzo cortante (función cardiovascular), etc.
Sin embargo, la identidad de los canales iónicos implicados en la detección de la fuerza mecánica seguía siendo huidiza para los científicos. El laboratorio del profesor Patapoutian identificó los canales de cationes PIEZO1 y PIEZO2, activados mecánicamente, que se expresan en muchos tipos de células mecanosensibles.
Así, los estudios génicos establecieron que PIEZO2 es el principal transductor mecánico para el tacto, la propiocepción, la barorrecepción y el estiramiento pulmonar. Por su parte, PIEZO1 medía la detección del flujo sanguíneo. Y esto afecta al desarrollo vascular. Diversas investigaciones clínicas han confirmado la importancia de estos canales en la fisiología humana.
Recientemente, el profesor Patapoutian identificó la familia TMEM63/OSCA de canales iónicos activados mecánicamente, así como un GPCR que detecta el esfuerzo cortante y es esencial para controlar la dilatación mediada por el flujo de los vasos sanguíneos.
