De los músculos al computador

ORIGINAL: UdeA

por Elizabeth Cañas - Vicerrectoría de Investigación 

10 de august de 2012

Investigadores de la Alma Máter trabajan en un modelo computacional de la liberación y recaptura de calcio en los músculos. Los resultados servirán para el desarrollo de soluciones farmacológicas para problemas de fatiga y afecciones deportivas. 

Célula aislada del músculo extensor digitorum longus, de ratón.
Cortesía: Juan C. Calderón. Modelación fisicomatemática

La posibilidad de que un músculo esquelético se contraiga o no, depende de que las células musculares liberen iones calcio desde un compartimiento llamado retículo sarcoplásmico. La contracción muscular es un acortamiento que cuando el músculo está unido, por ejemplo, a un hueso, genera el movimiento.

“Lo que estamos modelando es ese proceso, mediante el cual sale el calcio y se une a los componentes de la célula. Para lograrlo, se apela a teorías físicas o modelos matemáticos para poder describir los procesos que hay entre los elementos y establecer un modelo computacional que facilite la reproducción de este proceso que se da al interior de las células”.

Así lo explicó Daniel Mejía Raigosa, estudiante del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia, al señalar que se trata de un desarrollo innovador en Colombia en el que se combina la biofísica, es decir la unión de la biología y la física; así como los desarrollos de la fisiología muscular.

La investigación es su proyecto de grado que, además, se destaca por tratar de avanzar en la modelación de un proceso que ocurre en pocos milisegundos.

Según el estudiante, este proceso tiene como precedente la modelación y propagación del potencial de acción realizada después de la Segunda Guerra Mundial. En ese momento un Premio Nobel, Alan Lloyd Hodgkin, relacionó los impulsos eléctricos necesarios para conducir las señales nerviosas.

Próximamente se compartirán publicaciones científicas de esta investigación, que se adelanta gracias a la orientación de los profesores Marco Giraldo Cadavid, del Grupo de Biofísica, y Juan Camilo Calderón, del Grupo de Investigación en Fisiología y Bioquímica-PHYSIS, de la Facultad de Medicina, y expertos como el científico Carlo Caputo, del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, IVIC.

Insumos científicos

La modelación para definir parámetros de relaciones entre los iones y proteínas, entre otros factores relacionales, combina las matemáticas, las leyes físicas y cálculos obtenidos de la toma de datos.

"Con ellos se busca reproducir los fenómenos que fueron medidos experimentalmente y los cambios que pueden generar el aumento o la disminución de la velocidad del proceso, la interacción que se presente el mismo y otras fluctuaciones. Se trata de avanzar en los estudios de movimientos moleculares, básicos para el desarrollo de opciones terapéuticas y para generar soluciones que modulen la salida del calcio", explicó Mejía.

Así comentó el profesor Giraldo Cadavid, al explicar que para lograr dicha reproducción se han realizado, previamente, por parte del profesor Calderón, una serie de mediciones de los cambios de fluorescencia inducidos por la liberación de calcio dentro de la célula muscular, y lo que se quiere es convertir las señales de fluorescencia a calcio y luego reproducir toda esa liberación de calcio en un computador.

Eso demanda que en forma computacional se tomen todos los elementos, se modele con ecuaciones y principios físicos que son traducirlos al lenguaje de computador, variando parámetros para entender bien el proceso, definir cuantos iones intervienen, su importancia y qué pasa si se varía la liberación de calcio, entre otros factores.

La investigación apela a la biología de sistemas, que consiste en describir o modelar un organismo o sistemas de organismos biológicos, no a nivel de componentes sino de sus interacciones.

Los sistemas que se estudian son fibras musculares de ratón, porque es más cómodo instrumentalmente y es un mamífero del que se pueden manipular fácilmente los músculos. Además, los ratones empleados hacen parte de cepas de laboratorio estandarizadas, para garantizar la reproductibilidad del experimento.