Los investigadores desvelan el misterio de la formación de bandas en la sangre centrifugada
Comprender mejor las reglas fundamentales de la naturaleza
Cuando los hematíes se centrifugan en un medio de gradiente de densidad, forman un llamativo patrón en bandas. Las células se disponen en bandas de color rojo vivo que contienen altas concentraciones de hematíes, con bandas más pálidas que contienen muchos menos hematíes entre ellas. Los glóbulos rojos de menor densidad se encuentran en la banda roja superior, mientras que los de mayor densidad se sitúan en la banda inferior. Hasta ahora, los científicos creían que esto se debía a la pérdida desigual de agua a medida que envejecen las células.
La imagen muestra que sólo a partir de un determinado volumen de concentración de hematíes el comportamiento colectivo da lugar a un patrón macroscópico; cuanto mayor es la concentración, más pronunciadas son las rayas. A concentraciones más bajas, estadísticamente no se reúnen suficientes células durante el centrifugado.
© AG Wagner
Físicos de la Universidad del Sarre y la Universidad de Bristol han desmentido esta teoría. Los investigadores han podido demostrar que el patrón rayado se debe a la agregación celular provocada por las fuerzas de atracción que actúan entre los glóbulos rojos vecinos. El trabajo se ha publicado en la revista PNAS.
Los patrones se encuentran en todas partes en la naturaleza, desde las fascinantes formaciones creadas por las bandadas de pájaros o los bancos de peces hasta los remolinos únicos de nuestras huellas dactilares o las rayas distintivas de una cebra. Pero, ¿cuáles son las reglas que rigen la aparición de estos patrones?
Una pista puede estar en el comportamiento de los glóbulos rojos en una centrifugadora. Cuando se separan en una centrifugadora, los glóbulos rojos se disponen siguiendo un patrón de rayas muy característico. Visto de arriba abajo, vemos un patrón repetitivo de bandas alternas: una franja roja brillante repleta de células, luego una franja mucho más pálida con menos células, y esta secuencia rojo-blanca continúa a lo largo del tubo. Durante décadas, prevaleció la opinión de que los hematíes recién formados son ricos en agua y, por tanto, menos densos, razón por la cual suben a la parte superior durante el centrifugado. Los glóbulos más viejos, por el contrario, se hunden hasta el fondo del tubo, ya que contienen menos agua y, por tanto, tienen mayor densidad porque la hemoglobina que queda en ellos es más pesada que el agua.
Se suponía que los glóbulos rojos perdían agua de forma irregular a lo largo de sus aproximadamente 120 días de vida, creando cohortes de diferentes densidades", explica el profesor Christian Wagner, físico experimental de la Universidad del Sarre. Las células más jóvenes contienen mucha agua, las de mediana edad, menos, y las más viejas, menos. Las células de cada grupo se agrupan en regiones similares de la solución centrifugada en función de sus densidades respectivas, dando lugar al típico patrón rayado".
El nuevo estudio revela una historia diferente. No se trata de pérdida de agua, sino de agregación intercelular", afirma Felix Maurer, investigador doctoral que, junto con su co-supervisor Alexis Darras, de la Universidad de Bristol, contribuyó decisivamente al estudio. En sus experimentos, el equipo mezcló glóbulos rojos con agua, sales y nanopartículas, y luego los centrifugó. Al igual que los globos meteorológicos se elevan hasta alcanzar una altitud en la que el aire circundante es tan ligero como ellos, los glóbulos rojos del tubo de centrifugado se asientan en el nivel en el que su densidad coincide con la del medio circundante", explica Maurer.
El gran avance se produjo cuando descubrieron que el patrón de bandas alternas es el resultado del gran número de células implicadas. El patrón de bandas sólo aparece cuando interactúa un gran número de células. En nuestros experimentos, teníamos unos mil millones de células en el tubo", explica Maurer. Al reducir el número de células, los físicos observaron un comportamiento completamente distinto: las rayas desaparecieron. Cuando las células están más separadas, no se agregan, es decir, no se pegan. En cambio, se distribuyen uniformemente por todo el tubo y no se forman rayas", explica Felix Maurer.
En otras palabras, es la interacción entre la agregación intercelular y la fuerza gravitatoria descendente lo que impulsa la formación de rayas. Estos nuevos conocimientos podrían allanar el camino hacia nuevas herramientas de diagnóstico para trastornos sanguíneos como la anemia falciforme, en la que las células adquieren forma de media luna, lo que altera drásticamente su comportamiento de flujo y agregación. En la anemia falciforme, el patrón de las estrías es diferente, como se demostró en un estudio de 2021, pero hasta ahora nadie sabía por qué", señala Maurer.
La investigación también arroja luz sobre una cuestión más profunda y fundamental: ¿cómo surgen los patrones y las estructuras en la naturaleza? Para responderla, el equipo desarrolló un modelo matemático basado en la teoría funcional de la densidad dinámica y que refleja sus observaciones en el laboratorio. Se utilizan ecuaciones similares para describir los patrones de las rayas de las cebras, las bandadas de pájaros e incluso las huellas dactilares", explica Christian Wagner. Maurer añade: "En nuestro caso, las interacciones de corto alcance entre las células producen una anchura de franja preferida y un espaciado preferido entre franjas. Este tipo de comportamiento colectivo también se observa en las bandadas de pájaros en vuelo, donde las formaciones surgen de las sencillas reglas que rigen la interacción entre individuos vecinos. Una idea similar se aplica también a la formación de las huellas dactilares".
Al observar detenidamente el comportamiento de las células sanguíneas en el laboratorio, los investigadores han descubierto principios que ayudan a explicar la belleza modelada del mundo natural.
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