David Julius y Ardem Patapoutian: Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021

Nuestros cinco sentidos nos conectan con el mundo que nos rodea transformando los estímulos externos en señales eléctricas/químicas que nuestro cerebro traduce en las percepciones de la vista, el oído, el olfato, el tacto y el gusto. Los receptores de cuatro de los sentidos están asociados con un órgano en particular: la vista con los ojos, la cóclea con los oídos, el gusto con la lengua y el olfato con la nariz, mientras que los receptores del tacto (somatosensoriales), se encuentran en todo el cuerpo: en la piel, los músculos, los órganos internos, los huesos, las articulaciones y otros sistemas. Hasta la fecha habían sido galardonados con el Premio Nobel los descubrimientos relativos a la organización tonotópica de la cóclea (Georg von Békésy, 1961), a los procesos visuales fisiológicos y químicos en el ojo (Ragnar Granit, Halden Keffer Hartline y George Wald, 1967) y a los receptores olfativos y el funcionamiento del olfato (Richard Axel y Linda Buck, 2004). Y, según declaración de la Asamblea Nobel, “la presión y el dolor se encontraban entre las últimas fronteras de los esfuerzos de los científicos por describir la base molecular de las sensaciones”.

Este año David Julius y Ardem Patapoutian han sido los galardonados con el Premio Nobel en Fisiología o Medicina 2021 “por sus descubrimientos de los receptores de temperatura y tacto”. De forma independiente, los laureados han demostrado los mecanismos por los que se producen y transforman el calor, el frío y el tacto en impulsos nerviosos. Previamente, Joseph Erlanger y Herbert Gasser recibieron el Premio Nobel en Fisiología o Medicina de 1944 por sus descubrimientos sobre como reaccionan diferentes tipos de células sensoriales a estímulos externos; por ejemplo, en las respuestas al tacto doloroso y no doloroso. Sin embargo, no se conocían los mecanismos de cómo se convierten los estímulos mecánicos y térmicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso.

David Julius (Nueva en York, 1955), es científico en la UCSF (California, EEUU). Su investigación se ha centrado en el estudio de los llamados nociceptores, una familia de receptores que pueden ser activados por cambios en la temperatura. Su descubrimiento se remonta a finales de los 90, cuando  utilizando la capsaicina, componente activo de la cayena, chiles, wasabi y otros alimentos picantes, pudo identificar la sustancia activa que provoca la sensación de dolor y ardor. Para ello, Julius y su equipo examinaron millones de fragmentos de ADN correspondientes a los genes que se expresan en las neuronas sensoriales que reaccionan al dolor, calor y tacto, en busca de un fragmento de ADN que codificara por la proteína capaz de reaccionar a la capsaicina. Los investigadores identificaron un único gen, que codificaba una nueva proteína de canal iónico, que permitía que las células detectaran la capsaicina. Este canal iónico, inicialmente llamado ‘vaniloide’ y posteriormente renombrado como TRPV1, se abre en respuesta al calor y permitió comprender cómo las diferencias de temperatura pueden inducir señales eléctricas en el sistema nervioso. Se había descubierto un sensor del calor que se activaba a temperaturas percibidas como dolorosas. Por tanto, este sensor de calor, TRPV1, está involucrado en el dolor crónico y en cómo regula nuestro cuerpo la temperatura central. Posteriormente se identificaron otros canales iónicos relacionados, de tal manera que ahora entendemos cómo las diferentes temperaturas pueden inducir señales eléctricas en el sistema nervioso.

Ardem Patapoutian (Líbano, 1967), es profesor en el Departamento de Neurociencia del Instituto Médico Howard Hughes del Instituto Scripps, en La Jolla, Estados Unidos. Su investigación se ha centrado en el sentido del tacto, específicamente en identificar los receptores que se activan con los estímulos mecánicos. Baso su estrategia en silenciar genes individuales, hasta descubrir un único gen cuyo silenciamiento en células sensibles a la presión (mecanosensibles), provocaba que estas células perdiesen su capacidad de respuesta. Identifico un canal iónico, Piezo1, que activado mecánicamente, media señales excitatorias que inician potenciales de acción que se propagan al sistema nervioso central y son percibidos como las sensaciones de tacto, dolor y equilibrio. Posteriormente, se descubrió otro canal iónico, Piezo 2, que junto Piezo1 median respuestas a la presión externa. Además, se demostró que Piezo2 desempeña un papel fundamental en la detección de la posición y el movimiento del cuerpo, conocida como propiocepción (la sensación de dónde están tus extremidades, en comparación con el resto de tu cuerpo). En trabajos posteriores, se ha demostrado que los canales Piezo1 y Piezo2 son responsables de la percepción de la presión en la piel y los vasos sanguíneos, así como de detectar cambios de temperatura o presión dentro del cuerpo, pudiendo regular otros procesos fisiológicos importantes. De hecho, el receptor táctil Piezo2 tiene múltiples funciones: desde la micción hasta la presión arterial. Más tarde, y también de forma independiente, los dos investigadores utilizando mentol como estímulo, descubrieron otro canal iónico que se activa con el frio, el TRPM8.

Las contribuciones de estos investigadores van mucho más allá́ de los descubrimientos relativos a la comprensión de cómo nuestro sistema nervioso percibe el calor, el frío y los estímulos mecánicos, sino que han sido herramientas de trabajo fundamentales para describir las fases iniciales del proceso de percepción del dolor. Y es que, es en la investigación básica donde descubrimos los elementos imprescindibles para encontrar soluciones a los grandes retos a los que se enfrenta la ciencia en el día a día. Cajal, hace casi siglo y medio, nos decía “Cultivemos la ciencia por sí misma, sin considerar por el momento las aplicaciones. Éstas llegan siempre, a veces tardan años; a veces, siglos. Poco importa que una verdad científica sea aprovechada por nuestros hijos o por nuestros nietos. Medrada andaría la causa del progreso si Galvani, si Volta, si Faraday, si Hertz, descubridores de los hechos fundamentales de la ciencia de la electricidad, hubieran menospreciado sus hallazgos por carecer entonces de aplicación industrial“. Y es también lo que afirma uno de los galardonados, el neurocientífico Patapoutian: “Por amor a la ciencia pura estamos descubriendo aplicaciones médicas inesperadas en áreas como el dolor”.