lunes, 30 de abril de 2012

Jill Bolte Taylor: Un ataque de lucidez


El 10 de diciembre de 1996 Jill Bolte Taylor, una neuroanatomista de la Universidad de Harvard de 37 años, descubrió al despertar que estaba teniendo un infarto cerebral. Posteriormente se comprobaría que el origen estaba en una hemorragia en una conexión anormal congénita entre una arteria y una vena de su cerebro, lo que se conoce como malformación arteriovenosa. Tres semanas después fue sometida a cirugía para eliminar un coágulo del tamaño de una pelota de golf que constreñía los centros del lenguaje, en el hemisferio izquierdo de su cerebro.

Taylor fue capaz de ser plenamente consciente de qué le estaba ocurriendo. Tras ocho años de rehabilitación pudo contar su historia. en un bestseller titulado My Stroke of Insight (en español, Un ataque de lucidez). En 2008 dio una TED Talk memorable en la que narra su historia y nos permite descubrir las funciones de los hemisferios cerebrales desde una perspectiva única. Esta charla es una de las TED más vistas y está subtitulada en español. En algún momento se requiere del lector que recuerde que los términos consciencia y energía son conceptos físicos, y que los términos hermanos, hermanas y nirvana, entre otros, son alegorías que deben situarse dentro de su contexto.


lunes, 23 de abril de 2012

Epigenética y cáncer

Chomatin Research de Michael Garfield

En última instancia todos los tipos de cáncer tienen un origen genético. En algunos casos se trata de una predisposición genética que se pasa de padres a hijos. En otros es el resultado de la exposición a un agente externo como el humo del tabaco (no hace falta ser fumador, respirarlo pasivamente tiene el mismo efecto) o la radiactividad. Y, a veces, es una lotería: un trozo de ADN que se copia mal durante la mitosis celular.

El que todos los cánceres tienen una base genética se sabe desde los años ochenta, sin embargo traducir este conocimiento en medicina es extremadamente difícil. De momento nadie sabe cómo reparar el ADN directamente. Lo que se trata más bien es de descubrir cuáles son las consecuencias bioquímicas del daño genético y buscar una forma de lidiar con éstas. Y a esto se dedican los investigadores para cada tipo de cáncer específico, salvo que aparezca otro gran descubrimiento que indique que existe alguna pauta común más allá de que todos comparten unos genes rotos. Y parece (subrayamos parece) que esa pauta está emergiendo.

Esa pauta sería que muchos de los genes cuya rotura desemboca en cáncer están implicados en un tipo de regulación genética llamada epigenética. La epigenética consiste en la regulación de la expresión de los genes, una especie de interruptor de encendido-apagado, mediante la adición de grupos metilo o acetilo bien al ADN propiamente dicho, bien a las proteínas que dan soporte al ADN en los cromosomas. La naturaleza de estas reacciones implica que en los procesos epigenéticos se puede intervenir químicamente de una forma que no es posible en las mutaciones genéticas. En otras palabras, se pueden tratar con fármacos. 

El pasado 1 de abril tuvo lugar un interesante simposio de la Asociación Estadounidense para la Investigación del Cáncer (AACR, por sus siglas en inglés) en el que se trató precisamente de la cromatina y el epigenoma como dianas terapéuticas.

Dashyant Dhanak, de GlaxoSmithKline, presentó el trabajo de su grupo de investigación sobre el desarrollo de una sustancia que inhiba la actividad de un enzima llamado EZH2. Este enzima se une a los grupos metilo de las proteínas llamadas histonas que son parte del envoltorio cromosómico. Muchos linfomas (cánceres del sistema inmune) tienen como causa mutaciones que hacen que EZH2 se vuelva hiperactiva. Esta hiperactividad metila las histonas más de lo que debieran y, por tanto, silencia los genes a los que envuelven, incluidos los llamados genes supresores de tumores cuya misión es parar el crecimiento celular incontrolado que causa el cáncer.

Cuando el grupo de Dhanak trató células de linfoma con un inhibidor llamado GSK2816126 encontró que la sobremetilación de las histonas disminuía drásticamente. Y cuando trataron tanto cultivos de células como animales de laboratorio con GSK2816126 hallaron que reducía la proliferación de células tumorales a la vez que, y esto es crítico, no tenía efecto aparente en las células normales vecinas.

James Bradner, del Instituto del Cáncer Dana-Farber (EE.UU.), describió una segunda aproximación epigenética al tratamiento del cáncer. Su grupo ha podido demostrar que una sustancia conocida como JQ1, que inhibe un regulador epigenético llamado BRD4, bloquea la actividad de un gen conocido como Myc. Myc codifica una proteína que es un factor de transcripción, esto es, otro componente del sistema de regulación del ADN. Este factor de transcripción en concreto participa en la expresión de alrededor del 15% de los genes humanos. No es de extrañar entonces que cuando no funcione bien se convierta en una de las causas más comunes de cáncer.

Ha habido muchos intentos de bloquear directamente la actividad de Myc, ninguno con éxito. El equipo de Bradner ha empleado una estrategia indirecta: bloquear un colaborador necesario, el BRD4. La comprobación se realizó con ratones que sufrían mieloma causado por la disfunción del Myc y que fueron tratados por JQ1. Y funcionó: JQ1 silenciaba los genes activados por Myc y ralentizaba la proliferación de las células del mieloma.

Si bien ni GSK2816126 ni JQ1 están listos para ser probados en humanos, ya existen otros fármacos epigenéticos en el mercado. Loa agentes demetilantes del ADN, en forma de azacitidina  y decitabina, se usan para tratar los síndromes mielodisplásicos, los precursores de la leucemia mieloide. También se comercializan inhibidores de la histona deacetilasa para tratar una enfermedad poco frecuente llamada linfoma de células T cutáneo.

Recientemente un grupo de investigadores encabezado por Rosalyn Juergens, de la Universidad Johns Hopkins (EE.UU.), ha demostrado que una combinación de entinostat, un inhibidor de la histona deacetilasa, y azacitidina ralentizaba el crecimiento del tumores en algunas personas con cáncer de pulmón avanzado. Este resultado es importante por dos razones. En primer lugar, es la primera vez que se emplean fármacos epigenéticos contra un tumor sólido (masa anormal de tejido sin quistes ni zonas líquidas), en vez de contra leucemias o linfomas; los tumores sólidos son más difíciles de tratar porque el principio activo tiene que penetrarlos.

Y en segundo, algunos de los participantes en el estudio de Juergens et al. que no respondieron significativamente a la prueba en sí después presentaron una reacción muy buena e inesperada a la quimioterapia estandarizada a la que fueron sometidos posteriormente. También es cierto que las muestras son muy pequeñas, y que este estudio es más indiciario que concluyente, como para poder lanzar las campanas al vuelo. Sin embargo, los autores especulan con la idea de que los fármacos epigenéticos alteraron las células tumorales de alguna forma que duró los suficiente como para que fuesen más sensibles a la quimioterapia estándar.

Y esto es bastante posible. A diferencia de otras formas de regulación genética (como la que controlan los factores de transcripción, por ejemplo) los cambios epigenéticos pasan a las células hijas y nietas durante la división celular hasta que se borran activamente. Una vez borrados no vuelven a aparecer. Podría ocurrir entonces que las terapias epigenéticas pudieran realizar cambios que pararían el crecimiento del cáncer sin tener que matar sus células.

Este podría ser el caso de GSK2816126. Si fuese así, estaríamos realmente ante una revolución conceptual, y la epigenética se pondría a la par que la genética en el análisis y el tratamiento del cáncer.

Referencia:

Juergens, R., Wrangle, J., Vendetti, F., Murphy, S., Zhao, M., Coleman, B., Sebree, R., Rodgers, K., Hooker, C., Franco, N., Lee, B., Tsai, S., Delgado, I., Rudek, M., Belinsky, S., Herman, J., Baylin, S., Brock, M., & Rudin, C. (2011). Combination Epigenetic Therapy Has Efficacy in Patients with Refractory Advanced Non-Small Cell Lung Cancer Cancer Discovery, 1 (7), 598-607 DOI: 10.1158/2159-8290.CD-11-0214

martes, 17 de abril de 2012

Concurso ED: Piensa como un alquimista


De nuevo se pone en juego nuestra Copa de oro para los acertantes del siguiente acertijo que, sin ser trivial, es mucho más fácil de lo que parece:



Si Jan Baptist van Helmont hubiese conocido el resultado del experimento que Henri Moissan realizó en 1894 con la muestra que le envió William Ramsay, ¿con qué hubiese identificado ésta probablemente? ¿Por qué?

1) blas
2) arcana
3) bikos
4) ambix
5) lapidens philosophorum
6) alcagesto
7) tria prima
8) archeus
9) quintaesencia


Podéis responder en los comentarios, que están moderados. Los que respondan correctamente a ambas preguntas se llevarán la Gran Copa de Oro. El concurso durará mínimo una semana y permanecerá abierto si no hay respuestas correctas. Los ganadores y la respuesta se incluirán como edición de esta entrada.  


Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIV Edición del Carnaval de Química que organiza Educación química.



lunes, 16 de abril de 2012

El rey filósofo o las diez características del sabio.



Los acontecimientos de estos últimos días en España (incluidas sus extensiones africanas, quien tenga oídos para oír que oiga) me han traído a la memoria uno de las ideas del hijo de Aristón y Perictione, el de las espaldas anchas. Curiosamente se trata de la idea que inspiró al ayatolá Jomeini la concepción general de cómo debería ser gobernada una república islámica: es el amante de la sabiduría, el filósofo (desde la perspectiva islámica chií esto es equivalente a los clérigos), el que debe ser elegido gobernante.

Efectivamente, desde el punto de vista platónico el “rey-filósofo” es la persona sabia que acepta el poder que le otorgan las personas que son suficientemente sabias como para elegir a un buen gobernante. Esta es la tesis de Sócrates en “La República”, que la mayor sabiduría que pueden demostrar las masas es la elección sabia de un gobernante, él mismo sabio.

Pero, ¿cómo reconocer a un hombre sabio en primer lugar? Existen cinco signos externos y cinco características de su forma de actuar para guiarnos.

Los 5 signos

En primer lugar, y siguiendo a Asimov, debemos acabar con la “excusa socrática”, es decir con asimilar la falta de conocimiento, malcitando a Sócrates (“solo sé que no sé nada”), con un signo de sabiduría. Los investigadores en ese campo de la psicología que algunos llaman psicología positiva definen la sabiduría como la coordinación del conocimiento y la experiencia, por una parte, con su uso deliberado para mejorar el bienestar (entendido como justicia, ausencia de conflicto, etc.) por otro. Con esta definición en mente consideran que hay cinco signos que caracterizan al humano sabio, a saber:
  • se conoce a sí mismo
  • posee conocimientos y experiencia
  • es sincero y directo con los demás
  • los demás le piden consejo
  • sus acciones son consistentes con sus creencias éticas

Si pensamos en alguien que consideramos sabio, a poco que reflexionemos nos daremos cuenta que cumple las características anteriores. Pero estaremos de acuerdo que estos cuatro signos parecen, en todo caso, condiciones necesarias pero no suficientes para poder calificar a una persona como sabia. Efectivamente, un religioso radical, por ejemplo, puede reunir estas condiciones y no sería considerado sabio por una mayoría fuera de su sistema de creencias. Es necesario, pues, fijarnos en cómo actúa.

Actuando sabiamente

A los sabios se recurre cuando hay problemas buscando consejo para solucionarlos. Y es ahí, en la resolución de problemas donde brilla la sabiduría. Una persona que reúna la 5 signos anteriores podremos decir que actúa sabiamente y, por tanto, es sabia, si sus acciones y consejos se caracterizan por:

  • una voluntad de buscar oportunidades de resolver posibles conflictos existentes
  • una voluntad de buscar el compromiso
  • un reconocimiento de los límites del conocimiento personal
  • una consciencia de que puede existir más de una perspectiva de un problema
  • una asunción del hecho de que las cosas pueden ponerse peor antes de mejorar

Somos nosotros los que ahora, armados con estas herramientas de contraste, debemos dedicarnos a analizar el comportamiento de los que nos gobiernan y a aquellos que aspiren a hacerlo para poder elegir sabiamente. Quien pueda elegir, se entiende...


jueves, 12 de abril de 2012

La inteligencia general reside en áreas corticales concretas trabajando coordinadamente.


Regiones corticales relacionadas con la inteligencia general y las funciones ejecutivas. En rojo, comunes, en naranja específicas de la inteligencia general, en amarillo específicas de las funciones ejecutivas.


Imagina por un segundo que quieres determinar qué áreas del encéfalo participan en lo que se conoce como inteligencia general y en aspectos concretos de las funciones intelectuales como la comprensión verbal o la memoria de trabajo. ¿Cómo lo harías? Una posible manera es realizando escáneres por resonancia magnética funcional de distintos grupos de sujetos clasificados en función de sus habilidades y compararlos con grupos de control. Este tipo de estudio podría dar indicios de qué estructuras intervienen pero no sería muy concluyente. Para realizar un mapa de la inteligencia “de verdad” tendríamos que ser capaces de comparar qué efectos tiene el desconectar determinadas zonas encefálicas. Y esto es lo que ha hecho un equipo de investigadores encabezados por Aron Barbey, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.), empleando como voluntarios a 182 veteranos de la guerra de Vietnam con heridas penetrantes en la cabeza muy localizadas. Los resultados se publican en Brain.

Otras alteraciones físicas de la actividad cerebral, como los infartos, afectan a muchas áreas cerebrales y, por tanto, dificultan identificar las contribuciones cognitivas de las distintas estructuras encefálicas. Las heridas de los voluntarios en el estudio eran lo suficientemente localizadas como para poder inferir cómo el daño en un área determinado produce disfunciones cognitivas concretas, con lo que los investigadores han podido realizar un mapa tridimensional de qué estructuras son críticas para capacidades intelectuales específicas.

Los investigadores realizaron escáneres por tomografía computarizada (TC) de los encéfalos de los participantes y administraron una batería de test cognitivos. Posteriormente combinaron los datos de las TC para producir un mapa colectivo del córtex que dividieron en 3000 unidades tridimensionales (vulgo, cubitos) llamadas vóxeles (de volumetric pixel). A continuación analizaron todos los sujetos con daño en un vóxel en concreto o en una agrupación de vóxeles y compararon sus habilidades cognitivas con aquellos otros en los que las mismas estructuras estaban intactas. De esta manera, el equipo de investigadores fue capaz de identificar las regiones corticales esenciales para determinadas funciones cognitivas, incluidas aquellas que contribuyen significativamente a la inteligencia (definida en este caso, obviamente, como aquello que miden los test de inteligencia).

Según se desprende de los datos del estudio la inteligencia general depende de un sistema neurológico llamativamente delimitado, es decir, varias regiones corticales y las conexiones entre ellas son básicas para la inteligencia general.

Estas áreas están localizadas en el córtex prefrontal izquierdo (tras la frente), el córtex temporal izquierdo (detrás de la oreja) y el córtex parietal izquierdo (en lo alto de la parte de atrás de la cabeza) y los haces de materia blanca (axones) que los conectan.

Los investigadores también constataron que las regiones cerebrales implicadas en la planificación, el autocontrol y otros aspectos de las denominadas funciones ejecutivas coinciden en buena parte con las que corresponden a la inteligencia general.

Este estudio viene a añadir más pruebas en favor de la hipótesis de que la inteligencia no depende ni de un área concreta del cerebro ni del encéfalo en su conjunto, sino que implica áreas específicas trabajando de forma coordinada o, dicho de otra forma, de la capacidad de integrar la información de los procesos verbales, espaciales y ejecutivos.

Más detalles e imágenes en esta exposición del descubrimiento por parte de Aron Barbey [en inglés]


Referencia:
Barbey, A., Colom, R., Solomon, J., Krueger, F., Forbes, C., & Grafman, J. (2012). An integrative architecture for general intelligence and executive function revealed by lesion mapping Brain DOI: 10.1093/brain/aws021

martes, 10 de abril de 2012

Una estructura tipo grafeno para el hidrógeno sólido.


Diagrama de fases del hidrógeno


Estamos tan acostumbrados a ver la posición del hidrógeno en la tabla periódica en lo más alto de la columna de metales alcalinos que no nos paramos a pensar en lo que esto significa: ni más ni menos que debería ser, en determinadas condiciones, un metal. El hidrógeno metálico consistiría en protones muy próximos entre sí (por debajo de la distancia de Bohr) con los electrones compartidos entre todos; si los protones forman una red cristalina hablamos de hidrógeno metálico sólido y si no existe esta red, de líquido. Este estado sólo se alcanzaría a muy altas presiones y se cree que podría existir en el interior de Júpiter, Saturno y algunos planetas extrasolares recientemente descubiertos.

La búsqueda del hidrógeno metálico comenzó en el siglo XIX. En 1935 los físicos Eugene Wigner y Hillard Huntington predijeron que el hidrógeno debería convertirse en un sólido metálico a altas presiones, aproximadamente de 25 GPa (gigapascales), pero experimentos posteriores no encontraron trazas de una transición metálica. Experimentos más recientes han empleado presiones mucho mayores. Destaca el experimento que en 2011 realizaron Mijail Eremets e Ivan Troyan del Instituto Max Planck (Alemania) y en el que los autores afirmaron haber encontrado la presencia del hidrógeno metálico a 260 GPa; estos resultados, sin embargo, no han sido confirmados y han sido recibidos, en general, con escepticismo.

El reto de conseguir hidrógeno metálico no sólo tiene interés desde el punto de vista puramente científico, también desde el técnico ya que sus aplicaciones potenciales son muy interesantes. Por ejemplo, se cree que el conocimiento de la estructura y características de este material podría ayudar a conseguir superconductores a temperatura ambiente o, dicho más propagandísticamente, la transmisión de energía eléctrica sin pérdidas.

En este camino hacia el hidrógeno metálico el grupo de investigadores encabezado por Ross Howie, de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido), ha descubierto una nueva fase de hidrógeno sólido. Publican sus resultados en Physical Review Letters.

Se conocen tres fases sólidas del hidrógeno que pueden crearse superenfriando el gas:
  • la fase I es una estructura de alto empaquetamiento de moléculas de hidrógeno que conservan la capacidad de rotar libremente
  • la fase II es similar a la I pero con menor libertad de rotación, lo que describiríamos como ordenación de la orientación
  • la fase III se caracteriza por un debilitamiento de los enlaces H-H por lo que puede considerarse parcialmente atómica, es decir, no completamente molecular.
El punto crítico en el que estas tres fases se intersectan está muy bien definido pero nadie sabe con seguridad qué ocurre más allá de la fase III, a presiones más altas. Esta zona es la que han explorado Howie et al.

Los investigadores sometieron muestras de hidrógeno y deuterio a presiones de hasta 315 GPa en un yunque de diamante a una temperatura de 300K. Empleando espectroscopia Raman midieron las variaciones en la frecuencia del vibrón (vibración intramolecular), esto es, determinaron la fortaleza de los enlaces H-H y, por tanto, hasta qué punto el hidrógeno seguía siendo molecular. A 220 GPa detectaron que la frecuencia del vibrón principal disminuía rápidamente a la vez que aparecía un segundo vibrón que mantenía la frecuencia original. ¿Cómo interpretar estos resultados? Para eso están los teóricos.

Los investigadores encontraron en la teoría de las fases sólidas del hidrógeno de Chris Pickard y Richard Needs publicada en 2007 una predicción que encajaba bastante bien con los datos experimentales: capas de hidrógeno formando anillos irregulares con la estructura del grafeno, lo que explicaría la baja frecuencia del vibrón principal, salpicadas con moléculas de hidrógeno diatómico sin enlazar, que corresponderían a la frecuencia original del vibrón secundario. Según la teoría, a más altas presiones los anillos se harían simétricos y adquirirían un comportamiento semimetálico.

Estructura propuesta para la fase IV del hidrógeno sólido


Para producir estos resultados los científicos desarrollaron métodos para impedir la difusión del hidrógeno en los yunques de diamante realmente novedosos y que serán de gran utilidad en posteriores investigaciones.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIV Edición del Carnaval de Química que organiza Educación química.

Referencia:

Ross T. Howie, Christophe L. Guillaume, Thomas Scheler, Alexander F. Goncharov, & Eugene Gregoryanz (2012). Mixed Molecular and Atomic Phase of Dense Hydrogen Physical Review Letters, 108 (12)