ANN ARBOR, Michigan.—Mediante el uso de pulsos del láser con una duración de femtosegundos para cortar en tajadas los cromosomas y observar cómo se comportan, los ingenieros biomédicos de la Universidad de Michigan han adquirido conocimientos muy importantes acerca de la mitosis, el proceso de división celular. Sus descubrimientos pueden ayudar a que los científicos entiendan mejor las enfermedades genéticas, el envejecimiento y el cáncer.

Las células en las plantas, los hongos y los animales — incluidas las del cuerpo humano — se dividen mediante la mitosis, durante la cual los cromosomas que contienen el ácido desoxirribonucleico (ADN) se separan entre las células hijas resultantes. Las fuerzas que operan en una estructura llamada el huso mitótico hunden a los cromosomas replicados hacia lados opuestos cuando una célula, eventualmente, se convierte en dos.

"Cada célula necesita el número correcto de cromosomas. Es un factor central para la vida en general, y muy importante en términos de las enfermedades", dijo Alan Hunt, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica, y uno de los autores de un artículo que describe estas conclusiones que se publicara en la revista Current Biology.

"Una de las cuestiones fundamentales, realmente importantes, en la biología es cómo se segregan apropiadamente los cromosomas cuando se dividen las células. ¿Cuáles son las fuerzas que mueven a los cromosomas durante este proceso? ¿De dónde provienen y qué guía los movimientos?"

Los resultados obtenidos por Hunt validan la teoría sobre la operación de "fuerzas de eyección polar". Los científicos habían formulado la hipótesis de que la dirección y la magnitud de estas fuerzas podrían las señales físicas que guían los movimientos en los cromosomas. En esta capacidad, las fuerzas de eyección polar desempeñarían un papel central en la separación de los cromosomas durante la división celular, pero hasta ahora nadie había establecido un vínculo directo.

Se cree que las fuerzas de eyección polar surgen de la interacción entre motores de proteínas en los brazos de los cromosomas que empujan contra los micro túbulos de las células. Los micro túbulos son tubos largos y finos que forman un componente central del citoesqueleto y el huso mitótico. Sirve como soportes estructurales y intracelulares y vías a lo largo de las cuales los motores moleculares mueven cargas tales como los cromosomas.

El grupo de Hunt elaboró la hipótesis de que las fuerzas de eyección polar deberían ser proporcionales al tamaño del cromosoma, y por lo tanto podrían modificarse de manera predecible con la alteración del tamaño de los cromosomas. Usando lagartijas como organismo modelo, los investigadores cortaron tajadas de los brazos de los cromosomas.

"Nos preguntamos cual es la relación entre el tamaño del fragmento que damos y la dirección en que se movían los cromosomas", dijo Hunt. "No sólo observamos que si había una relación, sino que establecimos que las fuerzas de eyección polar eran de hecho una señal directa chiquilla los movimientos de los cromosomas en la mitosis".

Para lograr esto, Hunt y llevó a cabo lo que él denomina "cirugía en nanoescala", aprovechando la precisión sin precedentes de los pulsos del láser en femtosegundos. Un femtosegundo es una mil millonésima de una millonésima de segundo. Los cromosomas que él alteró medían apenas micrómetros de longitud, y las tajadas cortadas a través de los cromosomas tenían una espesor de apenas nanometros. Un nanometro es una mil millonésima de un metro, esto es un millón de veces más fino que un cabello humano.

La comprensión de cómo ocurre la orientación de los cromosomas permitiría que los científicos determinen en qué forma las fallas conducen a las enfermedades genéticas, el envejecimiento y alcanza. Cuando las células no se dividen apropiadamente, habitualmente mueren. Pero su supervivencia puede causar cáncer o trastornos relacionados con la edad. Igualmente, las enfermedades genéticas tales como el síndrome de Down resultante de una segregación inapropiada de cromosomas.

La mitosis, dice Hunt, es uno de los blancos más importantes para la quimioterapia.

"Conociendo cómo se mueven los cromosomas podemos entender mejor en qué forma estos medicamentos interfieren con esos movimientos, y podemos diseñar experimentos para la prueba de medicamentos nuevos", dijo Hunt. "También nos permitiera tener una mejor noción de que es lo que hace que estos medicamentos funcionen. Hay muchos fármacos que interfieren con la mitosis pero sólo unos pocos son buenos para terapia del cáncer".

El artículo se titula "The Distribution of Polar Ejection Forces Determines the Amplitude of Chromosome Directional Instability". Se publica en la edición impresa del 26 de mayo de la revista Current Biology. Esta investigación tuvo financiación de la Fundación Nacional de Ciencia, los Institutos nacionales de Salyd y la Donación para Instrucción en Biotecnología Celular de la Universidad de Michigan. Hunt es también científico investigador asistente en el Instituto de Gerontología de la UM, y director del Laboratorio Biomédico del Centro para Ciencias ópticas Ultraveloces.