Se extiende más allá de los límites
Por qué jugar al fútbol puede ser a veces muy doloroso
Es un fenómeno común que conocemos por las zapatillas agrietadas y los neumáticos reventados, y cuando se produce suele estar en el lugar equivocado en el momento equivocado: los materiales desgastados pueden causar desde una ligera molestia hasta accidentes mortales. Pero mientras que la fatiga se entiende bien en los materiales sintéticos, sabemos mucho menos sobre tales procesos en los tejidos de los mamíferos, que a menudo también necesitan hacer frente a tensiones mecánicas extremas. Un equipo internacional dirigido por investigadores del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg (HITS) ha demostrado que el estrés mecánico puede deteriorar de manera similar el tejido de colágeno. Los hallazgos, publicados en Nature Communications, podrían ayudar a avanzar en la investigación de materiales y en la biomedicina.
teodorandersson, pixabay.com, CC0
Modelo atomístico de colágeno I fibrilar con enlaces cruzados (azul) que conectan las hélices. Los DOPA recién descubiertos se muestran en verde y otros residuos potencialmente implicados en la eliminación del estrés oxidativo en amarillo, naranja y rojo.
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
Se sabe desde hace muchas décadas que los polímeros sintéticos sometidos a un esfuerzo mecánico generan mecanorradicales por la ruptura de los enlaces químicos. Pero, ¿podrían esos radicales nocivos y altamente reactivos formarse también en nuestros tejidos al estirarse? Los científicos del Grupo de Biomecánica Molecular del HITS abordaron esta cuestión examinando más de cerca el colágeno, la proteína que nos mantiene unidos -literalmente- y que proporciona estabilidad estructural y mecánica a todos nuestros tejidos conectivos como huesos, tendones, ligamentos y piel. "En este papel está bajo una carga mecánica perpetua y como tal es el candidato perfecto", dice Frauke Gräter, que dirigió la investigación en HITS. Junto con sus colegas de Homburg, Frankfurt y Seattle, su equipo demostró en una serie de experimentos especialmente diseñados que el estrés mecánico excesivo sobre el colágeno produce radicales. Sabiendo que se sabe que los radicales causan daños y estrés oxidativo en el cuerpo, este hallazgo fue crítico para los investigadores.
"Conseguimos montar y tirar de un fascículo de cola de rata directamente en la cavidad de resonancia electrón-paramagnética para monitorizar la formación de radicales debido a la fuerza en tiempo real", explica Christopher Zapp, estudiante de doctorado en el equipo de Graeter, el montaje experimental. Simulaciones adicionales de Dinámica Molecular de la fibrila de colágeno, que comprende millones de átomos, ayudaron a explicar las observaciones: Los enlaces químicos se rompen cuando el colágeno se estira. Pero los radicales nocivos resultantes son rápidamente eliminados por los residuos aromáticos cercanos, los llamados DOPA. "No sólo encontramos radicales estables en el tejido del colágeno, sino que también descubrimos residuos de DOPA en el colágeno, una modificación que protege al colágeno contra daños posteriores". Los radicales DOPA se convierten finalmente en peróxido de hidrógeno, una importante molécula oxidante del cuerpo. Por lo tanto, el colágeno no es sólo un mero portador de fuerza, sino que también puede controlar sus consecuencias.
"Fue una tarea difícil dar sentido a la peculiar señal radical que observamos en el estresado biomaterial", añade Reinhard Kappl, del Departamento de Biofísica de la Universidad del Sarre y coautor del estudio. "Necesitaba la combinación de conocimientos de diferentes laboratorios para obtener una imagen consistente".
El estudio sugiere que el colágeno ha evolucionado como una esponja radical para combatir el daño. "Demostramos que el colágeno se protege a sí mismo de los radicales. Aún así, estirar este mecanismo más allá de sus límites puede conducir eventualmente a patologías mediadas por la oxidación, desde el dolor hasta la inflamación", explica Agnieszka Obarska-Kosinska de HITS.
Los hallazgos no sólo podrían explicar por qué jugar al fútbol a veces puede ser realmente doloroso, sino que también son un punto de partida prometedor para mejorar la reparación y el trasplante de tejidos, por ejemplo en la medicina deportiva.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Christopher Zapp, Agnieszka Obarska-Kosinska, Benedikt Rennekamp, Markus Kurth, David M. Hudson, Davide Mercadante, Uladzimir Barayeu, Tobias P. Dick, Vasyl Denysenkov, Thomas Prisner, Marina Bennati, Csaba Daday, Reinhard Kappl & Frauke Gräter; "Mechanoradicals in tensed tendon collagen as a source of oxidative stress"; Nature Communications; 2020
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