La vida y la muerte se han visto siempre como opuestos. Sin embargo, la aparición de nuevas formas de vida multicelular a partir de las células de un organismo muerto introduce un ‘tercer estado’ que va más allá de los límites entre vida y muerte.
Normalmente, los científicos consideran la muerte como el cese irreversible del funcionamiento de un organismo en su totalidad. No obstante, prácticas como la donación de órganos muestran cómo los órganos, tejidos y células pueden seguir funcionando incluso después de la muerte del organismo. Esta capacidad de resistencia plantea la pregunta: ¿qué mecanismos permiten que ciertas células sigan funcionando tras la muerte de un organismo?
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Somos investigadores que estudian lo que ocurre dentro de los organismos después de su muerte. En nuestro estudio, recientemente publicado, describimos cómo ciertas células —cuando se les proporcionan nutrientes, oxígeno, bioelectricidad o señales bioquímicas— tienen la capacidad de transformarse en organismos multicelulares con nuevas funciones después de la muerte.
Vida, muerte y la aparición de algo nuevo
El tercer estado desafía la manera en la que los científicos suelen entender el comportamiento celular. Aunque las metamorfosis de orugas en mariposas o de renacuajos en ranas pueden pacernos transformaciones evolutivas familiares, hay pocos casos en los que los organismos cambian de maneras no predeterminadas. Los tumores, organoides y líneas celulares que pueden dividirse indefinidamente en una placa de Petri, como las células HeLa, no se consideran parte de este tercer estado porque no desarrollan nuevas funciones.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que las células de la piel extraídas de embriones de ranas fallecidas eran capaces de adaptarse a las nuevas condiciones de una placa de Petri en el laboratorio, reorganizándose espontáneamente en organismos multicelulares llamados xenobots. Estos organismos mostraban comportamientos que iban mucho más allá de sus funciones biológicas originales. Específicamente, estos xenobots usaban sus cilios —pequeñas estructuras parecidas a pelos— para navegar y moverse por su entorno, mientras que en un embrión de rana vivo, los cilios suelen usarse para mover mucosidad.
Los biobots podrían algún día diseñarse para entregar medicamentos y eliminar la placa arterial. (Kriegman et al. 2020/PNAS, CC BY-SA)
Los xenobots también son capaces de realizar autorreplicación cinemática, lo que significa que pueden replicar físicamente su estructura y función sin necesidad de crecer. Esto difiere de los procesos de replicación más comunes, que implican crecimiento dentro o sobre el cuerpo del organismo.
Los investigadores también han descubierto que las células pulmonares humanas aisladas pueden autoensamblarse en organismos multicelulares en miniatura capaces de moverse. Estos ‘antrobots’ se comportan y se estructuran de maneras nuevas. No solo son capaces de navegar por su entorno, sino también de repararse a sí mismos y a las células neuronales dañadas colocadas cerca.
Tomados en conjunto, estos hallazgos demuestran la plasticidad inherente de los sistemas celulares y desafían la idea de que las células y los organismos sólo pueden evolucionar de formas predeterminadas. Este tercer estado sugiere que la muerte de un organismo puede desempeñar un papel significativo en cómo la vida se transforma a lo largo del tiempo.
Condiciones post mortem
Varios factores influyen en si ciertas células y tejidos pueden sobrevivir y seguir funcionando después de la muerte de un organismo. Estos incluyen las condiciones ambientales, la actividad metabólica y las técnicas de preservación.
Los distintos tipos de células tienen tiempos de supervivencia diferentes. Por ejemplo, en los humanos, los glóbulos blancos mueren entre 60 y 86 horas después de la muerte del organismo. En ratones, las células musculares esqueléticas pueden regenerarse hasta 14 días después de la muerte, mientras que las células fibroblásticas de ovejas y cabras pueden cultivarse hasta un mes después de la muerte.
La actividad metabólica juega un papel importante en la capacidad de las células para seguir sobreviviendo y funcionando. Las células activas que requieren un suministro continuo y sustancial de energía para mantener su función son más difíciles de cultivar que las células con menores necesidades energéticas. Las técnicas de preservación, como la criopreservación, permiten que muestras de tejidos como la médula ósea funcionen de manera similar a las de fuentes de donantes vivos.
Los mecanismos de supervivencia inherentes también desempeñan un papel clave en la capacidad de las células y tejidos para seguir vivos. Por ejemplo, los investigadores han observado un aumento significativo en la actividad de genes relacionados con el estrés y con el sistema inmunológico tras la muerte del organismo, probablemente para compensar la pérdida de homeostasis. Además, factores como el trauma, la infección y el tiempo transcurrido desde la muerte afectan significativamente la viabilidad de los tejidos y las células.
El diagrama A muestra un antrobot construyendo un puente a través de una neurona rayada en el transcurso de tres días. El diagrama B resalta la 'puntada' en verde al final del día 3. (Gumuskaya et al. 2023/Ciencia Avanzada, CC BY-SA)
Factores como la edad, la salud, el sexo y el tipo de especie también influyen en el panorama post mortem. Esto se observa en el desafío de cultivar y trasplantar células de los islotes pancreáticos metabólicamente activos, que producen insulina en el páncreas, de donantes a receptores. Los investigadores creen que los procesos autoinmunes, el alto coste energético y la degradación de los mecanismos de protección podrían ser las causas detrás de muchos fracasos en los trasplantes de islotes.
Cómo la interacción de estas variables permite que ciertas células continúen funcionando después de la muerte de un organismo sigue siendo incierto. Una hipótesis es que los canales y bombas especializadas, incrustados en las membranas externas de las células, funcionan como circuitos eléctricos intrincados. Estos canales y bombas generan señales eléctricas que permiten a las células comunicarse entre sí y ejecutar funciones específicas como el crecimiento y el movimiento, dando forma a la estructura del organismo que forman.
El grado en el que diferentes tipos de células pueden experimentar una transformación tras la muerte también es incierto. Investigaciones anteriores han encontrado que genes específicos relacionados con el estrés, la inmunidad y la regulación epigenética se activan tras la muerte en ratones, peces cebra y humanos, lo que sugiere un potencial de transformación generalizado entre diversos tipos celulares.
Implicaciones para la biología y la medicina
El tercer estado no sólo ofrece nuevas perspectivas sobre la adaptabilidad de las células, sino que también abre la puerta a posibles tratamientos innovadores.
Por ejemplo, los antrobots podrían obtenerse a partir de tejidos vivos de un individuo para administrar medicamentos sin desencadenar una respuesta inmune no deseada. Los antrobots diseñados e inyectados en el cuerpo podrían, potencialmente, disolver las placas arteriales en pacientes con arteriosclerosis o eliminar el exceso de mucosidad en pacientes con fibrosis quística.
Es importante destacar que estos organismos multicelulares tienen una vida útil limitada, degradándose de manera natural tras cuatro a seis semanas. Este "interruptor de autodestrucción" evita el crecimiento de células potencialmente invasivas.
Comprender mejor cómo algunas células continúan funcionando y transformándose en entidades multicelulares algún tiempo después de la muerte de un organismo promete avances en medicina personalizada y preventiva.
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Peter A Noble es Profesor Asociado Adjunto de Microbiología, Universidad de Alabama en Birmingham. Alex Pozhitkov es Líder Técnico Senior de Bioinformática, Escuela de Posgrado de Ciencias Biológicas Irell & Manella en City of Hope. Puedes leer el artículo original en inglés aquí.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation y traducido para Novaceno.
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