El corazón es un caballo de batalla asombroso de un órgano. Con cada minuto que pasa, el corazón humano produce un galón de sangre que alimenta el resto del cuerpo con oxígeno y nutrientes. En la vida de una persona promedio, el corazón latirá más de tres mil millones de veces, bombeando suficiente sangre para llenar unas 1, 200 piscinas olímpicas.
Sin embargo, después de años de duro trabajo, los músculos tienden a debilitarse. Al igual que un elástico estirado en exceso, el corazón finalmente pierde su capacidad de recuperación, aumentando constantemente el riesgo de insuficiencia cardíaca.
Hoy, científicos de la Universidad de California en San Diego informan que las moscas de la fruta diseñadas para mantener altos niveles de una proteína que remodela el corazón disfrutan de una vida útil mucho más larga. Sus hallazgos son los primeros en vincular las modificaciones estructurales en el tejido muscular con las consecuencias metabólicas que finalmente afectan la longevidad.
Si bien las células cardíacas no tienen la capacidad regenerativa de otros órganos como el hígado, el corazón viene preparado con un kit de reparación integral. Un corazón humano puede cargar durante décadas más allá de su garantía esperada, desplegando una gran cantidad de métodos de respaldo para restaurar y remodelar estructuras antiguas incluso cuando las células comienzan a perder su forma. Cuando la integridad estructural de un corazón se ve comprometida, un conjunto de proteínas se extiende rápidamente para reparar las grietas en la base.
Una de las herramientas más poderosas a disposición del corazón es la vinculina, una proteína similar al súper pegamento de las células. A medida que las células en las paredes del corazón envejecen, comienzan a deshilacharse y a morir, lo que dificulta que el corazón ejecute cada compresión rítmica. La vinculina ancla las células entre sí y en la matriz circundante que permite que el corazón se comunique con el entorno exterior. Esta proteína se vuelve cada vez más necesaria después de décadas de estrés en el músculo, y la producción aumenta en el corazón con la edad, lo que permite que las células remenden las grietas en el tejido envejecido. Tanto los roedores como los pacientes humanos con copias rotas del gen de la vinculina tienen un riesgo particularmente alto de insuficiencia cardíaca más adelante en la vida.
Sin embargo, en última instancia, la remodelación solo llega hasta cierto punto: en algunos, el estado de deterioro abruma incluso el poder restaurador de la vinculina, y el corazón puede fallar. Y a medida que aumenta la esperanza de vida promedio mundial, también lo hacen las preocupaciones de las complicaciones cardíacas de los ancianos. Para 2030, una cuarta parte de los estadounidenses tendrá más de 65 años. Para continuar evitando la aparición de enfermedades cardíacas en una generación anterior, el desarrollo de la tecnología debe acelerarse para mantener el ritmo de la población humana.
Para estudiar la intersección de la función cardíaca y la longevidad, los bioingenieros Ayla Sessions y Adam Engler decidieron aprovechar las herramientas que la evolución ya ha proporcionado al llevar la capacidad de curación del corazón a sus límites.
Hace tres años, el grupo del autor principal Adam Engler demostró la importancia de la vinculina para mantener los corazones de los animales latiendo en la vejez. Después de demostrar que los corazones viejos de ratones y primates no humanos fabrican más vinculina, se preguntaron sobre las consecuencias de aumentar la vinculina o eliminarla por completo.
Para sortear los costosos y costosos obstáculos de los roedores o monos que manipulan genéticamente, los investigadores modelaron sus experimentos con moscas de la fruta. Con una vida útil de poco más de un mes, estos insectos pueden pasar de juveniles a geriátricos en cuestión de semanas. Y aunque tendemos a ver a los insectos como plagas extrañas, los humanos y las moscas en realidad tienen mucho en común. Los órganos de la mosca de la fruta comparten una sorprendente similitud estructural con mamíferos como ratones y primates, y más del 80 por ciento de los genes que contienen las instrucciones para construir un corazón de mosca se reflejan en las personas.
"Los corazones de las moscas de la fruta son estructuralmente similares a las células humanas", explica Engler. “Pero su fisiología es muy simple. Los hace ideales para estudiar ".
Y, al igual que en los humanos, los corazones de las moscas viejas tienden a fallar.
En su trabajo original, Engler y su equipo criaron una variedad de moscas para impulsar la producción de vinculina a toda marcha en el tejido cardíaco. Como se esperaba, los corazones reforzados con más vinculina se mantuvieron fuertes incluso a medida que las moscas envejecían, imitando la eficiencia de bombeo de tejido sano.
Para sorpresa de Engler, producir vinculina extra en el corazón también creó "superflies" con una longevidad notablemente mejorada, a veces más que duplicar la vida útil de la mosca. Pero si bien esto respaldaba la idea de que la vinculina era crítica para un ajuste del tejido cardíaco, los investigadores no entendieron cómo o por qué esto estaba ayudando a las moscas a vivir más tiempo.
En un esfuerzo por resolver el misterio, la autora principal Ayla Sessions monitoreó la salud y la longevidad de la misma variedad de superflies desde varios ángulos diferentes. Una vez más, las superflies sobrevivieron a sus pares habituales, pero Sessions además descubrió que también exhibían una habilidad atlética superior, utilizando sus nuevos poderes para escabullirse a través de los pisos y escalar paredes considerables.
Además, como los atletas humanos, las superflies fueron más eficientes en el uso de oxígeno y azúcar para impulsar sus movimientos. Cuando Sessions alimentó a las moscas con una forma etiquetada de glucosa, vio que los azúcares de la dieta de las moscas se canalizaban hacia vías hipereficientes que producían combustible extra para las células. De hecho, estas súper moscas se parecían misteriosamente a moscas de trabajos pasados de otros grupos, excepto que esas moscas habían sufrido modificaciones en el estilo de vida (como la restricción calórica), no genéticas. De alguna manera, a pesar de que el pegamento estructural adicional de la vinculina se relegó a solo una parte específica del cuerpo, este cambio tuvo consecuencias robustas y de gran alcance en la salud general.
"De millones de células [en la marcha], solo 102 células [en el corazón] terminan creando este efecto sistémico", dice Engler. "Y eso fue bastante sorprendente para nosotros".
Esta es la primera vez que los investigadores relacionan los cambios en la mecánica de las células con el metabolismo, y pueden proporcionar información sobre cómo tener un corazón fuerte mantiene un metabolismo saludable. Sessions y Engler teorizan que la mayor fuerza del corazón superfly es lo que marca la diferencia. Con más vinculina para agruparlas, incluso las células de un corazón más viejo necesitan menos combustible para contraerse de manera eficiente, lo que significa que el corazón en su conjunto es mejor para utilizar la energía. Esto no solo libera azúcares para otros tejidos, sino que también equipa al corazón para distribuir mejor ese combustible al resto del cuerpo. Y voila: resistencia superfly.
"[Es bueno] enfocarse en vivir más tiempo, pero si la calidad de vida es pobre, eso no tiene ningún beneficio", dice Sessions. "No solo estamos aumentando la vida útil, sino que estamos aumentando el metabolismo y la utilización de energía más adelante en la vida".
Debido a que los perfiles de las moscas productoras de vinculina se parecen mucho a los de, por ejemplo, las moscas con restricción calórica, Engler siente que este trabajo corrobora fuertemente los hallazgos de otros estudios de longevidad. "Estás ajustando las mismas vías, solo a través de diferentes mecanismos, pero logran los mismos fines", explica.
"Ignorar el papel del sistema circulatorio en el metabolismo es un poco unilateral", agrega Sessions. "El metabolismo y la función cardíaca van de la mano".
En un trabajo futuro, el equipo de Engler planea continuar descubriendo los vínculos entre la estructura del tejido y el metabolismo, conscientes del hecho de que esta información puede algún día contribuir a la síntesis de fármacos que promueven la longevidad, algunos de los cuales incluso pueden atacar proteínas como la vinculina.
Kristine DeLeon-Pennell, profesora de ciencias cardiovasculares en la Universidad de Medicina de Carolina del Sur que no estaba afiliada al estudio, elogia el trabajo por abrir nuevas puertas en futuros contextos clínicos. "Con el aumento de los síndromes metabólicos en pacientes cardíacos, es realmente interesante que la vinculina podría ser un vínculo con lo que realmente estamos viendo en la clínica", dice, y agrega que esto podría equipar a los médicos para controlar mejor a los pacientes de edad avanzada con bajos niveles de vinculina
Pero Engler advierte que aún queda mucho trabajo por hacer: estamos muy lejos de capitalizar la vinculina en los corazones de los humanos. "No estamos tratando de sugerir que haya una píldora que pueda tomar, o que necesite comenzar a modificar su dieta para mantener su metabolismo por más tiempo", explica. "Y ciertamente no es la fuente de la juventud".
DeLeon-Pennell también enfatiza que el trabajo debe confirmarse en organismos más complejos como los mamíferos antes de que la investigación pueda progresar.
Por ahora, todavía hay buenas noticias: las moscas pueden criarse para vivir más tiempo.
¿Las malas noticias? Las moscas pueden ser criadas para vivir más tiempo.
