Todos tus movimientos, percepciones y pensamientos están controlados por la electricidad.
Si esto te parece poco probable, es probablemente porque asumes que la electricidad y el cuerpo humano no se mezclan. Pero al igual que las señales eléctricas sostienen las redes de comunicaciones del mundo, estamos descubriendo que hacen lo mismo en nuestros cuerpos: la bioelectricidad es la forma en que nuestras células se comunican entre sí.
Gracias a instrumentos más sensibles, mejores técnicas para medir nuestra electricidad innata a nivel celular y una comprensión más profunda de esos procesos celulares, ahora podemos hacer mucho más para interpretar, interrumpir o redirigir esas señales de comunicación. Las aplicaciones son innumerables, pero especialmente prometedoras e inmediatas para reparar el cuerpo cuando sale mal, ya sea debido a un trauma, defectos de nacimiento o cáncer. Los tipos de correcciones que permiten las intervenciones bioeléctricas son francamente impactantes.
El cuerpo eléctrico
Bioelectricidad no es el tipo de electricidad que enciende las luces cuando deslice el interruptor. Ese tipo de electricidad se basa en electrones: partículas cargadas negativamente que fluyen en una corriente. El cuerpo humano, incluido el cerebro, funciona en una versión muy diferente: los movimientos de iones cargados en su mayoría positivamente de elementos como el potasio, el sodio y el calcio.
Así es como todas las señales viajan dentro y entre el cerebro y cada órgano y agente de percepción, movimiento y cognición. Es fundamental para nuestra capacidad de pensar, hablar y caminar. Y resulta que también juega un papel importante en la forma en que nuestras células se dicen mutuamente que los sistemas en los que residen son saludables, o no.
Esto no siempre ha sido obvio. Louis Langman, por ejemplo, se adelantó a su tiempo. Trabajando en la década de 1920 en la ciudad de Nueva York, ofreció a los pacientes de su sala en el Servicio Ginecológico Bellevue un diagnóstico inusual para el cáncer: dos electrodos, uno colocado en el canal vaginal y otro en el pubis. Esto le permitió medir el gradiente de voltaje eléctrico entre el cuello uterino y la pared abdominal ventral. Si Langman detectaba un cambio marcado en este gradiente, le ofrecía a la mujer una laparotomía para comprobar si sus sospechas estaban justificadas.
La técnica fue sorprendentemente efectiva. De los 102 casos en los que las fluctuaciones revelaron un cambio significativo en el gradiente de voltaje, se confirmó que 95 tenían neoplasias malignas. Las ubicaciones exactas del cáncer variaron, pero a menudo se identificaron antes de que la mujer experimentara síntomas obvios.
Langman y su coautor, el anatomista de Yale Harold Saxton Burr, se encontraban entre una pequeña camarilla de científicos que investigaban las propiedades eléctricas del tejido humano. Creían que todos los seres vivos, desde ratones hasta hombres y plantas, están moldeados y controlados por campos eléctricos que se pueden medir y mapear con voltímetros estándar.
Langman y Burr tenían razón, pero sus hallazgos no se conocían bien hasta 1949, cuando Alan Hodgkin y Andrew Huxley descubrieron cómo los iones ayudan a las señales eléctricas a saltar a través de las membranas de las células nerviosas. Ese avance, por el que más tarde ganaron un premio Nobel, debería haber provocado una explosión de investigación, incluida la búsqueda de la comunicación iónica más allá del sistema nervioso.
Pero tan pronto como Hodgkin y Huxley descubrieron este mecanismo, fue eclipsado por otro avance: En 1953, James Watson y Francis Crick anunciaron que habían descubierto la estructura de doble hélice del ADN. Toda la disciplina de la biología se reorganizó rápidamente en torno a los genes. La bioelectricidad fue relegada a un nicho dentro de la neurociencia.
No ayudó que no hubiera forma de estudiar los flujos de iones en muchos otros tipos de células del cuerpo sin matarlos, extinguiendo así los procesos que se estaban estudiando. Es decir, hasta 1976, cuando Erwin Neher y Bert Sakmann desarrollaron una herramienta para hacer precisamente eso, permitiendo a los científicos observar iones individuales que entraban y salían de las neuronas. Utilizaron su técnica de «pinza de parche» para descubrir los canales que permiten que los iones impregnen las membranas celulares.
Under the skin
La búsqueda de la comunicación bioeléctrica estaba en marcha, y la genética pasó de ser la némesis de la bioelectricidad a su mejor amiga. Los científicos ahora podían clonar células con y sin canales iónicos particulares y ver qué pasaba. Eso llevó rápidamente al redescubrimiento de la señalización bioeléctrica en muchos tipos de células más allá del sistema nervioso.
Una de las primeras fueron las células de la piel, que generan un campo eléctrico cuando se lesionan. Usted mismo puede sentir esta llamada corriente de lesión: muerda su mejilla con fuerza y luego coloque su lengua sobre ella. Sentirás un cosquilleo. Ese eres tú sintiendo el voltaje. La corriente de la herida llama al tejido circundante, atrayendo ayudantes como agentes curativos, macrófagos para limpiar el desorden y células de reparación de tejido de colágeno llamadas fibroblastos.
Pero esta corriente era difícil de medir hasta hace solo unos años: los dispositivos frágiles y ultra sensibles que eran capaces de identificar los iones que entraban y salían de las células no se podían alterar y no funcionaban en un entorno seco como la piel. Pero en 2012, Richard Nuccitelli creó un dispositivo no invasivo que podía tratar la piel, permitiendo que las corrientes de lesiones humanas se monitorizaran de cerca. Descubrió que alcanza su punto máximo en la lesión, disminuye a medida que la herida se cura y vuelve a ser indetectable cuando la curación se completa.
Pero, curiosamente, también descubrió que las personas cuya corriente de lesión era débil sanaban más lentamente que las personas cuya corriente de lesión era «más fuerte».»Aún más interesante: la fuerza de la corriente de la herida disminuye con la edad, emitiendo una señal que es solo la mitad de fuerte en mayores de 65 años que en menores de 25.
Esto ha llevado a un aumento del interés en usar la electricidad natural de nuestro cuerpo para acelerar o mejorar la cicatrización de heridas. Ann Rajnicek, de la Universidad de Aberdeen, ha descubierto que si usaba fármacos bloqueadores de canales para inhibir los iones de sodio y, por lo tanto, interrumpir las señales eléctricas enviadas por la corriente de la herida en las ratas, sus heridas tardaban más en sanar.
¿Podría ser cierto lo contrario? ¿Podría aumentar el campo eléctrico natural de la piel disminuir los tiempos de curación, o incluso permitir la curación de heridas que son extremadamente resistentes a la curación?
Los ensayos recientes indican que la respuesta es afirmativa. Tal vez los tipos de heridas más desgarradoras sean las úlceras por presión graves, que pueden tardar meses o años en cicatrizar (si se curan) y atacar tejidos, músculos y huesos que se encuentran en las profundidades de la piel. Dos metaanálisis recientes concluyeron que la amplificación de la corriente natural de la herida con estimulación eléctrica evitó que todos empeoraran, e incluso sanó por completo algunos de los peores. La estimulación eléctrica casi duplica su curación. Se han obtenido resultados igualmente intrigantes para heridas diabéticas no curativas, del tipo que conducen a la amputación de extremidades, que generalmente lleva a la muerte en unos pocos años.
El efecto tampoco se limita a la piel. Un creciente cuerpo de evidencia en las últimas décadas sugiere que el mismo tipo de estimulación eléctrica puede acelerar la curación de fracturas óseas, lo que puede ser relevante para tratar o incluso prevenir la osteoporosis. Incluso hay cada vez más pruebas de que los mismos mecanismos eléctricos celulares podrían aprovecharse para reparar lesiones de la columna vertebral.
El futuro de la bioelectricidad
Entonces, ¿por qué cada cirujano no utiliza la estimulación eléctrica en cada herida?
Un estudio reciente encontró que la idea de que la electricidad es relevante en biología sigue siendo demasiado novedosa y contraintuitiva para una amplia aceptación. E incluso cuando los médicos han oído hablar de él, no saben cómo usarlo: No hay directrices existentes que especifiquen el tipo actual (¿directo? ¿alternando?) o los parámetros (por cuánto tiempo debe aplicarse? qué tan fuerte debe ser?). Incluso las herramientas no están estandarizadas. No es de extrañar que, en ausencia de recomendaciones claras, los terapeutas prefieran recurrir a antibióticos en lugar de asumir la responsabilidad de este intimidante conjunto de opciones.
Además, en muchos de los ensayos clínicos, los investigadores se quejan de que el kit, con sus electrodos y fuentes de energía, es demasiado engorroso, limita el movimiento natural y obstaculiza el cumplimiento del paciente. Pero esto puede no ser un problema por mucho más tiempo. Muchos laboratorios y empresas privadas ahora están trabajando en apósitos bioeléctricos para heridas, poliéster u otros sustratos impregnados con plata y otros agentes biológicamente activos que se activan por el «fluido de la herida» y amplifican la corriente natural de la herida. Las versiones futuras pueden llevar una carga más potente.
A finales del año pasado, un equipo conjunto de Estados Unidos y China de la Universidad de Wisconsin y la Universidad de Huazhong desarrolló un nanogenerador portátil que se podía deslizar en el diseño del vendaje para generar el campo eléctrico creciente a partir de los movimientos diarios del usuario. Las ratas que llevaban este vendaje tardaron en promedio tres días en curarse; las que no lo hicieron, 12.
Incluso puede ser posible mejorar la corriente de la herida sin estimulación eléctrica. Esto es importante para las lesiones en las que no es necesario aplicar electricidad o vendaje, como las lesiones oculares. Min Zhao, de la Universidad de California, Davis, demostró que las roturas en la córnea se curan más rápidamente cuando ciertos canales iónicos se manipulan con simples gotas para los ojos para aumentar el tamaño de las corrientes de la herida: bioelectricidad sin electricidad.
La conexión entre el cáncer y la electricidad
Si se puede conquistar el corazón y la mente de los médicos, la curación de heridas es probablemente la aplicación clínica más inmediata de la investigación bioeléctrica. Pero lo que podemos esperar ver en los próximos 10 años es una mayor claridad sobre cómo las células individuales usan la comunicación eléctrica para cooperar al servicio del cuerpo en su conjunto.
El cáncer se ha denominado herida que no cicatriza. Hay muchas similitudes. Por ejemplo, se forman nuevos vasos sanguíneos a medida que las heridas se curan y las células se vuelven malignas, y hay cambios en las señales eléctricas en ambos casos. La diferencia es que en el cáncer, las señales nunca se detienen.
Como Langman y Burr sospecharon en la década de 1920, los cánceres se pueden detectar por su alteración de las propiedades bioeléctricas ampliamente distribuidas del cuerpo, alteraciones detectables en lugares alejados del tumor en sí. Burr mostró que si se implanta un tumor en un animal, la señalización eléctrica de su cuerpo se descontrolaría casi de inmediato.
El cáncer comienza a verse cada vez más como una falla de comunicación; una regulación errónea del campo de información que organiza las actividades de las células individuales para que funcionen como parte de un sistema vivo normal. Las células individuales «olvidan» que son parte de un todo más grande y tratan al resto del cuerpo como un entorno cuyos recursos se pueden explotar para alimentarse.
Esta es una gran desviación de la visión general, que durante décadas sostuvo que lo que convierte a una célula sana en una célula cancerosa es simplemente la acumulación de daño genético. Las mutaciones, según la historia, conducen a una proliferación ilimitada.
Pero, ¿y si hubiera más en esta historia? Michael Levin, de la Universidad de Tufts, fue uno de los primeros en preguntarse si la incapacidad de una célula para comunicarse normalmente con las redes de patrones del cuerpo también era relevante para el comportamiento del cáncer.
Hay cada vez más pruebas de que ese es el caso. Los campos eléctricos generados por los iones que bombean a través de la piel o el tejido de los órganos envían señales a las células para iniciar la migración, que también es crucial en la propagación del cáncer por todo el cuerpo. Mustafa Djamgoz, del Imperial College de Londres, ha investigado el papel de un tipo particular de canal de sodio en el cáncer de mama y próstata. Estos proliferan en las células cancerosas, haciéndolas más eléctricamente activas de lo que los mecanismos de control normales del cuerpo pueden manejar. Estas células invaden otros tejidos y hacen metástasis.
No es solo la metástasis en la que están implicadas las señales bioeléctricas. Frankie Rawson, de la Universidad de Nottingham, ha descubierto que un tipo diferente de corriente generada biológicamente es importante en el cáncer al permitir la reprogramación de energía, otro aspecto clave del cáncer.
¿Se puede revertir el cáncer controlando las conversaciones bioeléctricas entre las células? En 2013, el grupo de Levin demostró que podían prevenir o revertir algunos tumores en renacuajos mediante el uso de medicamentos para apuntar a su señalización bioeléctrica. Los mismos medicamentos podrían encender y apagar el cáncer a distancia, tratando el medio ambiente, no las células mismas. En 2016 restauraron la señalización bioeléctrica normal en renacuajos de rana con tumores. Estos habían crecido, se habían extendido y formado su propio suministro de sangre, hasta que Levin añadió nuevos canales iónicos activados por la luz con terapia génica. Eso hizo que las células dejaran de dividirse de forma incontrolable, de hecho, volvieron a un estado saludable después de que los tumores ya se habían formado. Las células en su interior simplemente dejaron de ser células cancerosas.
Este enfoque sería problemático en humanos, ya que la terapia génica sigue siendo experimental, pero Levin está trabajando para repetir sus resultados con medicamentos aprobados para otras dolencias.
Arreglar un sistema de comunicación bioeléctrica roto podría tener resultados aún más dramáticos. Levin tenía como objetivo revertir deformidades catastróficas en renacuajos que habían sido sometidos al equivalente de fumar mucho o al consumo de alcohol durante la gestación humana, los cuales causan defectos embrionarios al interferir con las señales bioeléctricas enviadas por las células fetales en desarrollo. Después de un solo baño de dos días en un fármaco de canal iónico ampliamente disponible, los renacuajos se reorganizaron y crecieron de forma normal. La implicación es que trastornos como el síndrome de alcoholismo fetal y otros defectos de nacimiento podrían ser reversibles en humanos.
La implicación más amplia sigue siendo que en la próxima década, podríamos aprender lo suficiente sobre bioelectricidad para cambiar la forma en que las redes celulares se comunican y toman decisiones sobre cómo crecen y se desarrollan. Las nuevas herramientas de modelado computacional serán un factor importante aquí. Los investigadores, incluido Levin, ahora los usan para decirles exactamente qué canales deben ajustarse para producir los cambios deseados en circuitos eléctricos más grandes (y, por lo tanto, cambios físicos).
En última instancia, la curación de heridas se parece más al tipo de regeneración por el que son famosas las salamandras, y de hecho, Levin ha demostrado en varios experimentos que las extremidades y las colas se pueden regenerar mediante ajustes bioeléctricos, incluso en especies como las ranas que no están predispuestas naturalmente a ello. Esto plantea la posibilidad de tratamientos futuros que impliquen simplemente eliminar una parte del cuerpo afectada y volver a crecerla.
Girar el interruptor
Claramente, hay muchos obstáculos que superar antes de comenzar a revertir el cáncer, cortar extremidades o cortar órganos vitales y cultivar otros nuevos. Los ensayos en humanos serán difíciles de llevar a cabo, y una célula es un entorno diabólicamente complicado con muchas variables a tener en cuenta: los experimentos en la manipulación del campo bioeléctrico han revelado que todavía hay muchas brechas por tapar.
Sin embargo, seguimos descubriendo más sobre cuán involucradas y conectadas están nuestras redes de comunicación celular, en y a través de todas las células. El año pasado, Djamgoz descubrió que suprimir sus canales de sodio particulares con un medicamento podría detener la metástasis en ratas con cáncer de próstata. Ya ha presentado una patente para reutilizar bloqueadores de canales de sodio dependientes de voltaje como fármacos anti-metastásicos.
Lo que solo ha quedado claro en la última década es la posibilidad de aprovechar la comunicación, amplificarla e interrumpirla. En la próxima década, podemos progresar rápidamente si podemos comprender la idea de que nuestros cuerpos son al menos tan eléctricos como químicos o mecánicos. En parte, se trata de ir más allá de simplemente comprender los efectos que tienen las señales bioeléctricas para comprender lo que realmente significan. Modelos computacionales que sugieren qué ajustes de canal iónico corresponden con qué cambios físicos solo serán más precisos a medida que la computación se vuelva más poderosa. Y los investigadores están comenzando a cerrar las brechas entre disciplinas—biofísica, ingeniería o biología molecular—que han frustrado el progreso en esta área durante mucho tiempo.
El sueño, dentro de 10 o 20 años, es usar estos conocimientos para perfilar las propiedades eléctricas de los tejidos biológicos de la misma manera que hemos perfilado su base genética, es decir, completar el «electromo» humano y luego usarlo para descifrar el código bioeléctrico humano.
Después de casi un siglo de abandono y estancamiento, la ciencia de la bioelectricidad finalmente ha alcanzado un punto de inflexión: Estamos listos para descifrar el código bioeléctrico ahora.
Este ensayo fue adaptado de un finalista en el Premio Tipping Point de Nesta. Lea todos los ensayos aquí.