Una de las complicaciones más comunes de la enfermedad de células falciformes se produce cuando los glóbulos rojos deformados se agrupan, bloquean pequeños vasos sanguíneos y causan dolor e hinchazón severos en las partes afectadas del cuerpo.
Un nuevo estudio del MIT arroja luz sobre cómo surgen estos eventos, conocidos como crisis de dolor vasooclusivas. Los hallazgos también representan un paso para poder predecir cuándo podría ocurrir tal crisis.
"Estas crisis dolorosas son muy impredecibles. En cierto sentido, entendemos por qué suceden, pero todavía no tenemos una buena manera de predecirlas", dice Ming Dao, científico investigador principal del Departamento de Ciencia de Materiales del MITe Ingeniería y uno de los autores principales del estudio.
Los investigadores encontraron que estos eventos dolorosos tienen más probabilidades de ser producidos por glóbulos rojos inmaduros, llamados reticulocitos, que son más propensos a adherirse a las paredes de los vasos sanguíneos.
Subra Suresh, presidente de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur, ex decano de ingeniería en el MIT y profesor emérito de ingeniería de Vannevar Bush, también es autor principal del estudio, que aparece en Actas de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 3 de septiembre. Los autores principales del artículo son el postdoc MIT Dimitrios Papageorgiou y el ex postdoc Sabia Abidi.
Simulando el flujo sanguíneo
Los pacientes con enfermedad de células falciformes tienen una sola mutación en el gen que codifica la hemoglobina, la proteína que permite que los glóbulos rojos transporten oxígeno. Esto produce glóbulos rojos deformes: en lugar de la forma característica del disco, las células adquieren forma de hoz, especialmenteen condiciones de bajo oxígeno. Los pacientes a menudo sufren de anemia porque la hemoglobina anormal no puede transportar tanto oxígeno, así como de crisis de dolor vasooclusivas, que generalmente se tratan con opioides u otras drogas.
Para investigar cómo los glóbulos rojos interactúan con los vasos sanguíneos para desencadenar una crisis vasooclusiva, los investigadores construyeron un sistema microfluídico especializado que imita los vasos postcapilares, que transportan la sangre desoxigenada fuera de los capilares. Estos vasos, alrededor de 10-20 micras de diámetro, es donde es más probable que ocurran vasooclusiones.
El sistema microfluídico está diseñado para permitir a los investigadores controlar el nivel de oxígeno. Descubrieron que cuando el oxígeno es muy bajo, o bajo hipoxia, similar a lo que se ve en los vasos postcapilares, los glóbulos rojos falciformes son de dos a cuatro veces máses probable que se pegue a las paredes de los vasos sanguíneos de lo que están a niveles normales de oxígeno.
Cuando el nivel de oxígeno es bajo, la hemoglobina dentro de las células falciformes forma fibras rígidas que crecen y empujan la membrana celular hacia afuera. Estas fibras también ayudan a que las células se adhieran más firmemente al revestimiento del vaso sanguíneo.
"Ha habido poca comprensión de por qué, bajo la hipoxia, hay mucha más adhesión", dice Suresh. "Los experimentos de este estudio proporcionan algunas ideas clave sobre los procesos y mecanismos responsables de una mayor adhesión".
Los investigadores también encontraron que en los pacientes con enfermedad de células falciformes, los glóbulos rojos inmaduros llamados reticulocitos tienen más probabilidades de adherirse a los vasos sanguíneos. Estos glóbulos rojos falciformes, recién liberados de la médula ósea, tienen más superficie de la membrana celular que el rojo madurocélulas sanguíneas, lo que les permite crear más sitios de adhesión.
"Observamos el crecimiento de fibras de hemoglobina falciforme que estira los reticulocitos en cuestión de minutos", dice Papageorgiou. "Parece que están tratando de agarrar más superficie y adherirse con más fuerza".
predicciones del paciente
Los investigadores ahora esperan diseñar un modelo más completo de vasooclusión que combine sus nuevos hallazgos sobre la adhesión con trabajos previos en los que midieron cuánto tiempo tardan en endurecerse las células sanguíneas de los pacientes con células falciformes, lo que hace que sean más propensas a bloquear la sangreflujo en pequeños vasos sanguíneos. No todos los pacientes con anemia de células falciformes experimentan vasooclusión, y la frecuencia de los ataques puede variar ampliamente entre los pacientes. Los investigadores del MIT esperan que sus hallazgos puedan ayudarlos a idear una forma de predecir estas crisis para pacientes individuales.
"La adhesión de las células sanguíneas es de hecho un proceso muy complejo, y tuvimos que desarrollar nuevos modelos basados en tales experimentos de microfluidos. Estos experimentos de adhesión y las simulaciones correspondientes para los eritrocitos falciformes bajo hipoxia son cuantitativos y únicos", dice George Karniadakis, profesorde matemática aplicada en la Universidad de Brown y autor principal del estudio.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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