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La ciencia no deja de asombrarnos con nuevos descubrimientos insospechados cada semana. En el podcast Ciencia Fresca, Jorge Laborda Fernández y Ángel Rodríguez Lozano discuten con amenidad y, al mismo tiempo, con profundidad, las noticias científicas más interesantes de los últimos días en diversas áreas de la ciencia. Un podcast que habla de la ciencia más fresca con una buena dosis de frescura.

Lactato y cáncer. Balas contra el grafeno. Fuerzas de van der Waals.

Lactato y cáncer. Balas contra el grafeno. Microscopio de fuerzas atómicas y Van der Waals - Ciencia Fresca podcast - Cienciaes.com- Podcast

Lactato y cáncer.

El cáncer sigue siendo una enfermedad que guarda todavía muchos secretos, los cuales no solo es necesario desvelar para vencerlo, sino también para comprender ciertos procesos biológicos en su totalidad. Un estudio realizado por investigadores del Huntsman Cancer Institute de la Universidad de Utah, en USA, ha descubierto una función inusual del ácido láctico, también llamado lactato, en el desarrrollo de un raro tumor que suele crecer en el músculo esquelético, denominado sarcoma alveolar de parte blanda (SAPB). Este tipo de tumor, aunque inusual, es muy agresivo y afecta sobre todo a los adolescentes y jóvenes adultos.
El lactato, como sabemos, es una de las principales moléculas derivadas del metabolismo anaeróbico de la glucosa, es decir, del empleo de la glucosa para extraer energía en ausencia de oxígeno. Los tumores suelen utilizar este tipo de metabolismo de manera preferente al metabolismo aeróbico, a pesar de que este último extrae mucha más cantidad de energía por cada molécula de glucosa. Sin embargo, el metabolismo aeróbico destruye por competo a la molécula de glucosa y la transforma en agua y dióxido de carbono, mientras que el metabolismo anaeróbico, aunque consigue extraer menos energía de la glucosa, genera lactato y otras moléculas que pueden ser utilizados como materiales de construcción, lo que resulta fundamental para células que, como las tumorales, se dividen con rapidez, y necesitan un aporte de materia. El metabolismo anaeróbico constituye de este modo la mejor solución de compromiso de las células tumorales para obtener tanto la energía como la materia necesaria para su crecimiento.
Los investigadores realizan este descubrimiento al generar un modelo de ratón de laboratorio con la intención de averiguar cuestiones que, en principio, nada tenían que ver con el papel del lactato. Investigaciones anteriores habían revelado que el tumor SABP se caracterizaba por poseer una translocación cromosómica particular, llamada ASPSCR1-TF3. Las translocaciones cromosómicas son comunes en muchos tumores y se generan al intercambiarse fragmentos de dos cromosomas entre sí. En ocasiones, este intercambio de fragmentos cromosómicos coloca a un gen involucrado en la estimulación del crecimiento celular en un lugar de otro cromosoma que lo activa, cuando debía estar inactivo. Es esta activación la que podría ser la responsable del desarrollo del cáncer.
Sin embargo, no todas las translocaciones cromosómicas causan cáncer y, al contrario, es la inestabilidad genética causada por el cáncer la que puede generar translocaciones cromosómicas. Por consiguiente, de la presencia de la translocación ASPSCR1-TF3 no podía concluirse que era la responsable de los tumores SAPB. Para averiguar si esta translocación era la causa, o al contrario, una consecuencia del desarrollo tumoral, los investigadores generan un ratón genéticamente modificado al que han introducido esta translocación en su genoma. Los investigadores comprueban que todos los ratones con esta translocación desarrollan tumores SAPB, pero no los desarrollan en el músculo, como sucede en el caso humano, sino en el cráneo. Esto indicaba que tal vez los tumores fueran diferentes a los humanos.
Sin embargo, el análisis del perfil genético y molecular de estos tumores y su comparación con el de los tumores humanos indicó que a pesar de crecer en lugares anatómicamente diferentes, los tumores eran extremadamente similares. ¿Por qué entonces no crecen los tumores en los mismos lugares del cuerpo de ratones y humanos? Para explicarlo, era necesario la existencia de un factor que pudiera explicar esta diferencia en ambos casos.
Los científicos encuentran que este factor es el lactato. Los tumores SABP necesitan atas concentraciones de lactato para crecer y por esa razón crecen en lugares del cuerpo con altas concentraciones de esta sustancia. Estos lugares son el músculo esquelético, en el caso del ser humano, y el cráneo en el caso del ratón. Los tumores utilizan el lactato como material de construcción, pero también como una señal que activa el crecimiento de las células tumorales.
Estos descubrimientos, publicados en la revista Cancer Cell, revelan que, al menos en algunos tumores, los cambios genéticos solo los causan si se encuentran en un entorno adecuado para que el tumor se desarrolle. Además aumentan la esperanza de encontrar mejores tratamiento para este tipo de tumores. (1).

Balas contra el grafeno

En carbono es un elemento químico maravilloso. Mirándolo desde un punto de vista, no libre de antropocentrismo, podríamos decir que es el átomo más extraordinario de todos los que componen la tabla periódica. Nosotros no podemos evitar mirarlo con especial interés porque sin el carbono ni existiría el ADN, ni las proteínas, ni las grasas, ni mente humana que los estudiara. Por si esto fuera poco mérito, desde finales del siglo pasado se conocen nuevas formas de carbono puro que están revolucionando el mundo tecnológico en el que nos desenvolvemos. Desde antiguo se conocía el diamante y el grafito pero a ellos, en 1985, se añadieron los fulerenos, moléculas formadas por 60 carbonos organizados formando una red cerrada parecida a las costuras de un balón de fútbol ( había quien le llamaba por eso “futboleno”). Los fulerenos dejaron claro que el carbono puede organizarse en forma de láminas de dos dimensiones que se pueden cerrar sobre sí mismas de diversas maneras, así se descubrieron otros fulerenos formados con distinto número de átomos: 20, 70, 540, etc., y los nanotubos (en forma de cilindros nanoscópicos). Ahora bien, aunque la existencia de estas formas de agrupar átomos de carbono estaba confirmada, de hecho los descubridores Curl, Kroto y Smalley recibieron el Premio Nobel de Química en 1996, faltaba por conseguir láminas abiertas de un tamaño aceptable cuyo nombre se conoce como “grafeno”. Ese fue el logro de Andre Geim and Konstantin Novoselov en 2003, una proeza que mereció el Premio Nobel de Física en 2010.
Los átomos de carbono que forman el grafeno están organizados en celdas hexagonales como las celdillas de un panal. Estas láminas, de tan solo un átomo de espesor, tienen propiedades que no dejan de sorprender, hasta el punto de que son muchas las áreas de la ciencia y la tecnología en las que el grafeno está encontrando acomodo: electrónica, biología, materiales resistentes, células fotovoltaicas, filtros ultrafinos y almacenamiento de energía son algunos de ellos. Hasta ahora las propiedades del grafeno se habían estudiados de forma estática pero ahora, un conjunto de experimentos realizados por Jae-Hwang Lee y su equipo de la Rice University en Houston, ha permitido probar las propiedades mecánicas de una lámina de grafeno cuando es sometida a un bombardeo de partículas. Los investigadores dispararon bolas de silicio de tamaño nanométrico contra una lámina de grafeno y midieron la resistencia mecánica y los parámetros de ruptura cuando era perforada por los proyectiles. Las bolas fueron disparadas a distintas velocidades, entre 300 y 900 m/s (velocidad de una bala de fusil) y los investigadores comprobaron el comportamiento dinámico de la lámina en el momento del choque. El grafeno resultó ser capaz de absorber una enorme cantidad de energía durante el impacto y demostró ser más 10 veces más resistente que las láminas de acero que se utilizan para este tipo de pruebas. Cuando un proyectil choca con una lámina de material, éste se estira y crea a su alrededor un cono que transmite la energía por tensión al resto de la lámina. La resistencia a la rotura de la lámina depende de la velocidad con la que es capaz de transmitir radialmente la onda creada por el impacto, una transmisión que está relacionada con la velocidad del sonido en el material. En el caso del grafeno la velocidad del sonido es muy alta, permite transmitir la onda de impacto con gran eficiencia y absorber rápidamente la energía del proyectil. Cuando la velocidad del proyectil supera ciertos valores, la lámina es perforada y se rasga creando varios pétalos cuyas direcciones de ruptura están relacionadas con la disposición hexagonal que tienen los átomos de carbono. Es pronto para encontrar aplicaciones pero seguro que los fabricantes de chalecos antibala no tardarán en encontrarle utilidad. (2)

El secreto de las fuerzas de van der Waals

La última noticia de hoy tiene que ver con unas fuerzas de interacción molecular viejas conocidas de este programa, ya que hemos hablado de ellas en dos ocasiones, una en relación a la capacidad de los geckos de adherirse a los techos (http://cienciaes.com/cienciafresca/2014/08/14/gemir-de-placer-andar-por-el-techo-flora-intestinal-y-obesidad/) y otra en relación a la capacidad de un asteroide de mantenerse unido a pesar de la enorme fuerza centrífuga a la que su rapidísima rotación le somete (http://cienciaes.com/cienciafresca/2014/08/20/asteroide-y-galaxia/). Se trata, ya lo habrá adivinado, de las fuerzas de van der Waals.
Estas fuerzas, descubiertas hace más de 150 años, todavía no son del todo comprendidas. Se sabe que se producen por irregularidades cuánticas en la distribución de las nubes de electrones que rodean a las moléculas. Estas irregularidades causan la generación de densidades de carga eléctrica también irregulares, lo que crea zonas de carga positiva o negativa que permiten la atracción y adhesión de las moléculas.
Las fuerzas de van der Waals entre átomos simples o entre objetos macroscópicos han podido ser medidas con precisión, pero esto no había sido posible hasta la fecha en el caso de moléculas más complejas, moléculas de talla intermedia, que son las más abundantes y las más importantes en los fenómenos de interacción entre las biomoléculas. Investigadores del Instituto Peter Grünberg, localizado en la ciudad alemana de Jülich, son ahora capaces de medir las fuerza de van der Waals entre este tipo de moléculas gracias al desarrollo de una nueva tecnología. En su nuevo método, los científicos colocan moléculas orgánicas a la superficie de un metal, a la que se adhieren por fuerzas de van der Waals. Utilizando la punta de un microscopio de fuerza atómica, las moléculas son separadas del metal, para lo que hace falta una determinada fuerza, idéntica a la de unión. Para medirla, la punta del microscopio está unida a una especie de pequeño diapasón que vibra en una determinada frecuencia. Esta frecuencia de vibración se ve modificada en relación a la fuerza que debe ser aplicada para separar a las moléculas del metal.
Con este método los investigadores confirman que la intensidad de estas fuerzas disminuye con el cubo de la distancia, lo que explica su limitado rango de acción. Sin embargo, en contra de los modelos tenidos hasta ahora por ciertos, encuentran que las fuerzas de van der Waals no aumentan de manera lineal con la complejidad de las moléculas, sino que lo hacen de manera cooperativa, es decir, las fuerzas de van der Waals entre moléculas del doble de tamaño o longitud que otras no son dos veces mayores, sino un 10% más de este valor. Esto indica la existencia de cooperación entre los puntos de interacción molecular: la fuerza de atracción de cada punto de interacción depende de cuántos puntos de interacción haya en totalidad.
Estos nuevos datos aumentan nuestra comprensión de las interacciones moleculares más importantes que involucran, por ejemplo al correcto plegamiento de nuestras proteínas en las células o a la afinidad de un fármaco por su molécula diana. Es de esperar que este nuevo conocimiento pueda ser aplicado para la generación de nuevas moléculas activas o materiales más eficaces.

(1). Modeling Alveolar Soft Part Sarcomagenesis in the Mouse: A Role for Lactate in the Tumor Microenvironment. Matthew L. Goodwin et al. (2014). Cancer cell 26, 1–12, December 8, 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.ccell.2014.10.003

(2) “Dynamic mechanical behavior of multilayer graphene via supersonic projectile penetration”: http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1258544

(3). C. Wagner, N. Fournier, V. G. Ruiz, C. Li, K. Müllen, M. Rohlfing, A. Tkatchenko, R. Temirov, and F. S. Tautz. Non-additivity of molecule-surface van der Waals potentials from force measurements. Nat. Commun., 26 November 2014 DOI: 10.1038/ncomm6568

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