Del laboratorio a los periódicos, pasando por el MIT: una sorprendente historia de ciencia básica, aplicada

Título alternativo: Más histonas, ¡es la guerra!

Hace unos días, nuestro grupo de investigación fue protagonista de una serie de folclóricos titulares:

Enlace a las noticias originales aquí, aquí, aquí, y aquí

Leyéndolos, uno se queda con la impresión de que estamos, como poco, salvando el universo y de paso nos vamos a forrar por alguna especie de milagro médico que hemos inventado. Obviamente, la cosa no es para tanto; pero sí es cierto que el proyecto es muy interesante y su desarrollo está yendo bastante bien, apuntando a poder convertirse en eso que está en boca de todos hoy en día: aplicar la investigación, aportar soluciones a problemas actuales. Siempre he intentado huir de esta obsesión con la aplicabilidad de la investigación científica y he defendido la búsqueda del conocimiento como meta en sí misma, pero también es verdad que emociona bastante trabajar en algo que esté tan cerca de ayudar en la práctica a mejorar la salud de la gente, hoy mismo, como quien dice. Y además, enfatizo, ADEMÁS, el hecho de haber llegado a este punto parte única y exclusivamente de haber comenzado la investigación en otra dirección totalmente distinta, que NADA tenía que ver con la aplicación médica, ni siquiera con la enfermedad a la que finalmente se puede aplicar lo que tenemos entre manos. Así que, de algún modo, me reafirmo en mi defensa de la investigación que busca responder preguntas, aunque dichas preguntas tengan el foco, más o menos lejano, en solucionar problemas.

Para poder responder a todas las dudas y comentarios que se me han hecho por twitter o en persona por todos cuantos se han topado con la noticia en alguna de sus variantes, y compartir la ilusión de participar en un proyecto tan estimulante, voy a responder las dudas que a un lector casual (ya sea científico o acienciado) le surgirían al intentar desentrañar la cantidad de información que viene condensada en la concisa nota de prensa. Lo voy a hacer así, literalmente: autopreguntándome y autocontestándome en un sano ejercicio de surrealismo paranoide blogueril, algo que nunca viene mal.

¿Qué son la sepsis y el “shock séptico”?

La sepsis se suele definir como una respuesta prolongada y exacerbada del sistema inmunológico frente a una infección. Digamos que los bichitos (bacterias, virus, hongos) han entrado, han empezado a jorobar, y no solo han hecho saltar las alarmas: todos los cuerpos de seguridad del Estado Orgánico van tras ellos… pero sin éxito. Y ya se sabe lo que pasa en estos casos: algunos de los alborotadores se escabullen, terminan haciendo de los suyas en otros municipios, y encima, algún lugareño recibe una fostia gratuita simplemente porque pasaba por allí: lo que se conoce como daños colaterales. La cuestión es que estos daños colaterales se pueden extender, y lo que empieza siendo una infeccioncilla de vejiga, puede acabar dañando el hígado e incluso el corazón. Como en otras enfermedades, cuando el problema es la propia respuesta del organismo, esto es muy difícil de tratar. Empezando porque no se sabe bien qué está pasando. Los síntomas de la sepsis son bastante inespecíficos: fiebre, pulso acelerado… y de hecho, se trata de una patología tan compleja y esquiva, que la propia definición de sepsis y sus diferentes estados sigue siendo objeto de debate y redefinición. Entre todas las terminologías utilizadas, actualmente se sigue hablando de choque séptico cuando se dan unas condiciones clínicas mucho más severas, que afectan a varios sistemas del organismo y que reducen seriamente las posibilidades de supervivencia del paciente. Como en ciencia estamos tan (mal)acostumbrados al inglés, todos hablamos de shock séptico a pesar de poder decir choque séptico. Lo del “shock” queda más guay, y por eso en los titulares es lo que predomina, pero no culpéis a los periodistas, yo soy el primero que utiliza el término y solo me planteo cambiarlo por "choque" cuando lo pongo por escrito en castellano, como ahora mismo.

Pero me estoy desviando. La cuestión es, ¿cómo se lucha contra una enfermedad que en realidad es un proceso del propio cuerpo en contra de una infección? ¿Y cómo se detecta si estamos ante una sepsis, un choque séptico, o una calentura totalmente bajo control? Ahí es donde son cruciales las combinaciones de parámetros diagnósticos, entre los cuales, hoy día se están poniendo de moda los que llamamos biomarcadores moleculares. Lo que nos lleva a la siguiente pregunta.

¿Qué es un biomarcador?

Usando una definición generalista y simplificada, con este nombre podríamos designar a cualquier parámetro biológico que sea fácilmente medible y aporte información crucial para diagnosticar una patología, o para evaluar su progresión. Los biomarcadores pueden ser sustancias producidas por el cuerpo en situaciones específicas, y obviamente, cuanto más específica sea la situación, más valor tendrá el biomarcador. A nivel molecular, en los procesos de sepsis tenemos multitud de biomarcadores, puesto que una reacción del sistema inmunológico desencadena una ingente cantidad de liberación de sustancias, alteración de las poblaciones celulares en la sangre, y un largo etcétera. De entre todos ellos, hay uno bastante curioso, que es la liberación de histonas a la sangre, que es justo en lo que hemos centrado esta técnica. Y os preguntaréis…

¿Qué son las histonas?

Tal vez a alguien le suene que las histonas eran algo que tenía que ver con el ADN. Efectivamente, las histonas son esas proteínas que se agrupan formando una especie de bola alrededor de la cual se enrolla la famosa doble hélice de ADN. Constituyen el primer nivel de empaquetamiento de la información genética: si uno cogiese un cromosoma y lo fuese deshilachando poco a poco, se tropezaría con esos bolonchos cada cierto tramo. Serían las albóndigas de los espagueti que se concentran en el núcleo celular en lo que se conoce como cromatina. Si queréis un día os hablo en detalle de todo esto, pero hoy vamos a quedarnos con esta explicación baratera y esta analogía tal vez no muy rigurosa, pero siempre deliciosa. Las histonas, además de tener un importante papel estructural para organizar y empaquetar la kilométricas moléculas de ADN, influyen de manera muy importante en la regulación y el control de la información genética. No obstante, su papel en el proyecto que nos ocupa no tiene nada que ver con esto.

Las histonas y su papel formando los espagueti nucleares (sacado del blog de @BioYupi)

¿Qué pintan, entonces, las histonas en la sepsis?

Pues agarraos que viene curvas. Resulta que, en respuesta a la infección, un tipo particular de entre todas las células inmunológicas que acuden a la batalla y que se llaman neutrófilos, se plantan al lado del foco del peligro y, sencillamente, explotan. Sí, se autorevientan para verter al torrente sanguíneo su contenido. Como suena. Pero no a lo loco, sino de forma regulada y con algunas modificaciones concretas que dan lugar a lo que se conoce como NET, siglas en inglés de trampas extracelulares de neutrófilos. Estas trampas incluyen gran cantidad de hebras de ADN e histonas modificadas, que forman literalmente una red pegajosa en la cual quedan atrapados los agentes patógenos. Y no solo se trata de “atrapar”; resulta, atención, que las histonas en sí mismas tienen un elevado potencial tóxico para las células. Y sí, células, en general. Lo increíble de esta historia es que ya a finales de los años 50 del siglo XX, un señor llamado Hirsch comprobó, así probando un poco a boleo, que las preparaciones de histonas eran fulminantes para cultivos no solo de bacterias, sino  de células de mamíferos. ¿Cómo lo hacen las histonas para ser seguras, necesarias y beneficiosas dentro del núcleo y pegaditas al ADN, pero resultar mortales cuando se “pegan” a una membrana celular desde fuera? No se sabe con total certeza. Hay muchas hipótesis en boga, datos muy diversos, y nuestro grupo está trabajando en ellou (ya tenemos algunas pistas interesantes que podéis consultar en la bilbiografía recomendada al final del tochopost). Pero que son mortales, es seguro. Y es una de las razones por las que todo lo que sucede durante un proceso de sepsis, cuanto más se prolonga en el tiempo, más peligroso se torna. Los neutrófilos liberan histonas y estas se pegan al invasor, pero las trampas y las histonas sueltas quedan dispersas por la sangre y hay probabilidades muy elevadas de que terminen pegándose donde no toca. Los daños colaterales de los que hablábamos al principio. Los principales afectados son los vasos sanguíneos, puesto que están formados por células (el endotelio), y cuando dichas células mueren por acción de las histonas, su contenido celular se vierte a su vez al torrente sanguíneo. ¿Resultado? ¡Aún más histonas! Círculo vicioso al canto. En los últimos años se ha descrito en multitud de artículos y en diversos modelos de enfermedad, que las histonas liberadas al torrente sanguíneo son muy peligrosas (también se pueden liberar por otros procesos que impliquen muerte celular no controlada), y que durante la sepsis, su cantidad en la sangre aumenta proporcionalmente a la duración del proceso, siendo máxima durante el choque séptico.

Y si todo eso ya se sabe, ¿qué habéis inventado, piltrafillas?

Legítima pregunta, pardiez. Os cuento.

Que las histonas se liberan a la sangre, era vox populi en el mundillo; pero la forma de detectarlas nunca fue (ni es) trivial. Hasta el momento, para poder saber si hay histonas en sangre, se utilizan técnicas basadas en inmunoensayos; para los legos (o playmobils), son técnicas que los biólogos moleculares tenemos muy trilladas, donde aprovechamos la tremenda afinidad de los anticuerpos, esas moléculas producidas por nuestras propias células inmunológicas que reconocen únicamente a un tipo de proteína y no otro. Lo malo es, por un lado, que las muestras de sangre son muy complejas e incluso estas moléculas tan eficientes en reconocer sin equivocarse, a veces se equivocan; digamos que no “se pegan” a quien se tienen que pegar. En resumen, este tipo de mediciones son válidas para ver “si hay” histonas, pero no qué cantidad concreta. O de hacerlo, sometidas a mucho margen de error. Por lo tanto, nuestra propuesta se desmarca al ser capaz de concretar de forma muy ajustada la cantidad de dos tipos de histonas concretas (sí, para liar la cosa, se liberan muchos tipos de histonas distintas a la sangre), está sujeta a mucho menos error, y es por tanto bastante fiable y rápida. La única pega es que para hacer esta medición en un hospital, se necesita un servicio de espectrometría de masas; suena muy gordo, pero es algo cada vez más común y que de instalarse en los laboratorios clínicos, terminará por ahorrar gasto en otras técnicas menos fiables como los inmunoensayos que no estén tremendamente ajustados (algunos van muy bien, ojo). La espectrometría de masas ya está inventada, y en concreto nuestra propuesta es la utilización de un tipo de modificación de la técnica que utiliza un patrón interno, para facilitar la detección y cuantificación (detalles técnicos para frikis de estos temas, próximamente en Mapping Ignorance). Por lo tanto, nuestro “invento” es la elección de unos patrones particulares que hemos estado buscando hasta dar con los más idóneos, y la aplicación de la técnica a la medición de estas proteínas en muestras de pacientes ingresados por sospecha de sepsis, y que progresan hacia el choque séptico. En las primeras pruebas donde ponemos a punto el método, hemos podido comprobar que efectivamente los pacientes que desgraciadamente no sobrevivieron al choque séptico son aquellos que ostentaban los valores más altos de histonas en sangre (detalles en el artículo reciénpublicado, y reseñado en Mapping Ignorance). Incluso hemos podido establecer un valor umbral, una especie de “nota de corte” a partir de la cual el paciente entra en un punto crítico que puede terminar con elevada probabilidad en fallecimiento si no se toman medidas drásticas. Como veis, no hemos curado nada por el momento, pero esperamos que con esta herramienta extra, tanto el diagnóstico específico como la determinación del punto en que se encuentra el paciente pueda ayudar a los médicos a tomar decisiones que a veces son dramáticas y requieren estar apoyadas por multitud de datos de distintas características. Estas decisiones son difíciles de concretar aún, y estamos todavía intentando averiguar en qué sentido esta información puede ser más crítica para favorecer la evolución de estos pacientes. Precisamente especificar este tipo de resultado es lo que más nos han exigido en las rondas de preguntas en el MIT.

Otra genialidad del amigo JL: ¿Histonas + septic shock? Pues lo llamamos "HistShock", y de paso homenajeamos al Maestro del suspense. Me faltó tiempo para pensar en un logo de este estilo, ahora solo falta contratar un diseñador de verdad para que nos lo haga bien bonito y sin rastro del perfil hitchckoniano original, todo sea que acabemos en la trena por infringir copyraits.

Ya era hora, ¿qué pinta el MIT en todo esto? ¿Acaso habéis fichado a Wolowitz?

Pues resulta que mi amigo y compañero José Luis García Giménez, una auténtica máquina de la investigación con un olfato exquisito para los proyectos, pensó que esta técnica era ideal para ser presentada en algo llamado IDEA² GLOBAL, una iniciativa del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT para los amigos) consistente en presentar ideas, más que proyectos. Ideas surgidas a partir de investigaciones de todo tipo, para solucionar problemas del ámbito de la salud. En un primer momento, puede sonar a todo eso que tanto he criticado normalmente: resultados, aplicaciones, ¡ahora, ya, ya, ya! Pero como me fío bastante de José Luis y el año anterior él ya había presentado una idea y se había beneficiado mucho de todo lo aprendido (¡quedaron segundos!), ahí que me fui a Madrid a presentar nuestro proyectito de medición de histonas. Y allí, en Madriz, me sorprendió el ambiente, la cantidad de gente ilusionada con mejorar la salud de los demás, con convertir una idea loca en algo tangible, con demostrar que detrás de sus investigaciones había sorprendentes aplicaciones que no sabiendo en muchos casos cómo, podían llegar a convertirse en solución de problemas que ni tan solo habían imaginado. Lo que experimenté allí es un interés brutal por dar a los científicos más “básicos” las herramientas necesarias para ver, detectar y olfatear esas aplicaciones. El espíritu de esta especie de concurso, en realidad, era ser seleccionado para viajar a Boston y en el propio MIT, volver a presentar la idea ante expertos en medicina, en tecnología, o simple y llanamente en ideas y sus aplicaciones. Aprovechar el retorno de toda esta gente, desde los otros participantes a los “jueces” y público en general, ha terminado por ser una de las experiencias más enriquecedoras y estimulantes de mi vida investigadora. Porque sí, mi presentación en Madrid fue exitosa (otra cosa no, pero vender la moto se me da cada vez mejor), nos seleccionaron junto a otros cinco grupos, y nos enviaron a Boston.

Servidor de ustedes posando con la elegancia habitual frente al MITico edificio. Por un pelín no pillamos la graduación en todo su esplendor, hubiese molado bastante. Friki que es uno, lo que más me recordaba el emblemático campus era a Monsters University.

Y allí nos fuimos Eva García López, la experta en estadística y epidemiología de nuestro grupo, y servidor de ustedes. Una experiencia brutal, tener que contar un proyecto tan complejo en 5 minutos, y recibir bofetadas por todos lados, críticas frías y sin sentimiento (al parecer para ser un Gran Científico tienes que ser también un poco Sheldon Cooper), pero también consejos inspiradores, halagos reconfortantes, y en general, como digo, un estímulo impresionante.

Arriba, Litos y Eva atendiendo con sumo interés. Abajo, Litos intentando convencer a la peña de que lo de las histonas es la caña (fotos de FIPSE/MITlinQ)

Difícil olvidar el momento en que Eva y yo nos sentamos en una sala de trabajo alucinante, con un pantallón ocupando toda la pared, el resto recubiertas de cristal y rotuladores para escribir, recorriendo pasillos repletos de jóvenes trabajando, hablando, tomando café, charlando. Hasta daba ganas de trabajar en semejante ambiente. En dos días, nuestro proyecto se concretó y encontramos tantos fallos como virtudes que en dos años y pico ni siquiera habíamos sospechado. La experiencia no ha terminado: tenemos que volver en diciembre para la gran final, demostrar que tras estos seis meses de trabajo y contacto con mentores específicos que nos están ayudando a perfilar el proyecto, nuestra idea se ha convertido en algo factible, algo que puede llegar a implantarse y a utilizarse para mejorar la calidad de vida de la gente desde hoy mismo. Pues bien, es aplicado, es para hoy, pero… es una gran cosa. Y no me arrepiento de haber criticado tanto la obsesión de políticos y administradores con el ahora y con la utilidad de la investigación, por la sencilla razón de que toda esta ida de olla surgió, precisamente…

Eso eso, ¿cómo surgió toda esta ida de olla?

Pues precisamente, haciendo la investigación más básica y menos aplicada que os podáis imaginar. Mientras mi jefe el insigne Federico Pallardó desgranaba los misterios del interior del núcleo celular, empeñado en conocer el papel del estrés oxidativo en la replicación del ADN y todos sus pormenores, se topó con ciertas modificaciones en las histonas que tenían que ver con el efecto de dicho estrés. De hecho, en ese punto fue cuando contactaron conmigo, aún en mi anterior grupo, para analizar este tipo de modificaciones (para que veáis, niños; nunca rechacéis colaboraciones a priori, aquella me proporcionó mi segundo postdoc y como quien dice mi entrada en la universidad, nada menos). Pues bien, así fue como José Luis, a las órdenes de don Fede, se puso a indagar sobre las histonas y sus particularidades y se encontró con el fascinante dato de las gamberradas de las histonas fuera del núcleo celular, en la sangre, y su papel en la sepsis. Y se preguntó, ¿cómo podrían medirse de forma más eficiente las histonas en la sangre? Ahí lo tenéis. Una pregunta. Resultados, curiosidad, búsqueda de información… y la pregunta adecuada. Ciencia en estado puro.

¿Qué va a pasar a continuación?

Pues ya lo he dicho antes: nos volvemos a Boston, en diciembre. Con un proyecto más consolidado, unos resultados más robustos, y las ideas mucho más claras. Nuestra misión, y la última fase del evento/concurso/taller/etc, consistirá en hacer una presentación final: los 5 minutos definitivos. Entonces uno de todos los proyectos se alzará con el galardón a la mejor idea innovadora. Aunque los organizadores no cesan de insistir en que el premio en sí es la participación en tan magna iniciativa y el beneficio que supone para los proyectos y su transformación en aplicaciones, ideas de negocio, o inventos propiamente dichos. Por supuesto, esto suena a una forma de consolar a los perdedores, pero he de reconocer que los dos viajecitos a Boston al corazón de instituciones como el MIT o la Harvard School of Medicine, ya es un premiazo. Claro, me encantaría que nuestra idea ganase, no nos engañemos; pero porque a mí en general me mola ganar, más que perder, simplemente. La verdad es que las ideas que se presentaron junto a las nuestras eran muy buenas, algunas muy locas e imaginativas, otras muy bien cuajaditas ya. Dudo que finalmente lleguemos a quedar los primeros, pero lo realmente bueno es que durante todo este tiempo hemos seguido trabajando, a José Luis le han concedido un proyecto para seguir reclutando pacientes y probando la tecnología, estamos obteniendo interesantes y prometedores resultados, y se van ramificando nuevas aplicaciones y posibilidades. Pocas veces he experimentado tanto optimismo con un proyecto de investigación. Es la primera vez, desde que tomé la decisión de hacer una tesis y adentrarme en la investigación biomédica, que tengo la sensación de devolver algo concreto y tangible al campo de la salud humana, que es lo que ingenua y utópicamente me movió a tomar la decisión de tomar este camino.

Es una sensación bastante grata, para variar. Y me demuestra que nada de lo que hacemos, durante años y años, cae en saco roto. Todos y cada uno de los pasitos dados en los diferentes laboratorios me han llevado hasta aquí, e independientemente de en qué acabe todo esto, lo considero un recorrido maravilloso. Aunque solo me sirviese para compartir la experiencia con mis futuros alumnos, que al fin y al cabo, serán los médicos del futuro.

Pero como se suele decir, esa es otra historia… que será contada en otro post.

La clase de innovadores al completo  (foto de FIPSE/MITlinQ)

Lecturas recomendadas:

- Este post viejuno, donde os hablaba de una aplicación distinta de esto mismo (¡de antes de formar yo parte del grupo!)

- El artículo original de Hirsch: 

HIRSCH JG. Bactericidal action of histone. J Exp Med. 1958 Dec
1;108(6):925-44. PubMed PMID: 13598820; PubMed Central PMCID: PMC2136925.

- Otro articulillo de nuestro grupo sobre los estragos de las histonas sueltas:

Pérez-Cremades D, Bueno-Betí C, García-Giménez JL, Ibañez-Cabellos JS,
Hermenegildo C, Pallardó FV, Novella S. Extracellular histones disarrange
vasoactive mediators release through a COX-NOS interaction in human endothelial
cells. J Cell Mol Med. 2017 Aug;21(8):1584-1592. doi: 10.1111/jcmm.13088. Epub
2017 Feb 28. PubMed PMID: 28244682; PubMed Central PMCID: PMC5543457

- El artículo donde presentamos la técnica, y explicación de la técnica y primeros resultados, en Mapping Ignorance. 

ACTUALIZACIONES:

- Reportaje-entrevista con más detalles