David Martínez Martín, el biofísico español que mide el peso de células vivas

David Martínez Martín, el biofísico español que mide el peso de células vivas Imagen superior: David Martínez Martín, inventor de la tecnología DAM (Drive Amplitude Modulation), pertenece al programa de excelencia científica internacional de la organización europea de biología molecular (EMBO).

Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, liderados por un biofísico español, David Martínez Martín, fabricaron un dispositivo para medir el peso de células vivas individuales y monitorizar en tiempo real cómo va variando. Además de sus posibles aplicaciones en biomedicina, el avance ha permitido descubrir que las células están constantemente modificando su masa.

David Martínez Martín (Aranda de Duero, 1982) es responsable de esta tecnología, el monitor de citomasa, que abrirá nuevos caminos para entender la fisiología celular y permitirá establecer nuevas técnicas diagnósticas. "España ‒señala Martínez‒ tiene muy buenos científicos y muy buenos centros de investigación. De hecho, yo me formé como científico en España. Me licencié en Física en la Universidad de Valladolid y posteriormente en la Universidad Autónoma de Madrid. Y me gustaría dar la enhorabuena a nuestro país porque los científicos que salimos de España y vamos al extranjero somos muy apreciados por la gran formación que tenemos. España es un referente mundial en materia científica. Tiene centros muy prestigiosos, científicos que están haciendo un gran trabajo y, a pesar de que no existe tanta financiación como en otros países, la verdad es que España consigue hacer investigaciones de primera calidad. Por todo ello, la imagen de los científicos españoles es siempre vista con gran disposición e interés" (Marca España).

¿Cómo regulan las células su masa y su tamaño? Deben tener algún mecanismo que les permite hacerlo, ya que son capaces de crear organismos tan complejos como nosotros. De alguna manera saben cómo de grande tienen que ser el corazón, los ojos, las manos… Y cuando falla este mecanismo, aparecen enfermedades como las hipertrofias y el cáncer.

Estas cuestiones, fundamentales en biología y medicina, han fascinado al biofísico español desde que llegó hace cinco años a  la Escuela Politécnica Federal (ETH) de Zúrich, en Suiza. Junto a otros compañeros, desarrollaron en 2017 un sistema para medir y seguir los cambios de masa en células vivas, de forma muy precisa y en tiempo real, según publican en Nature.

El dispositivo incluye un diminuto brazo de silicio, recubierto de colágeno o de la glicoproteína fibronectina, que levanta una sola célula desde un cultivo celular y la hace oscilar a escala atómica. Luego, mediante láseres, se toma la medición antes y después de poner la célula. La diferencia permite calcular su peso, que suele oscilar entre 2 y 3 nanogramos.

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Imagen superior: la diminuta balanza oscilante permite medir el peso de una sola célula viva. La imagen ha sido destacada en revistas como Nature. / Daniel Mathys / David Martinez-Martin / Martin Oeggerli / Uni Basel / ETH Zurich / micronaut.ch

Las medidas se registran en periodos que van desde unos pocos milisegundos hasta varios días, de tal forma que, con la ayuda de potentes microscopios y cámaras, se pueden observar y filmar los cambios que experimentan las células, tanto las del cultivo como la muestra colocada en la  diminuta balanza.

Esto permite a los investigadores realizar multitud de experimentos, como analizar las variaciones de peso durante la división y el ciclo celular, valorar la influencia de diversas sustancias en la masa de las células, así como ver lo que les pasa cuando se infectan con virus. De hecho, han comprobado que algunos de estos microorganismos bloquean el crecimiento celular, lo que ayudará a encontrar nuevas estrategias para desarrollar antivirales.

Fluctuaciones contantes del peso celular 

“Uno de los resultados más llamativos ha sido descubrir que el peso de las células vivas fluctúa, entre un 1 % y 4%, de forma continua y rápida, en cuestión de segundos, y que esas fluctuaciones están relacionadas con el transporte de agua y el metabolismo celular", destaca Martínez.

El biofísico también recuerda que la masa de la célula es un buen indicador de su fisiología, con multitud de aplicaciones: “Estoy convencido de que esta tecnología abrirá nuevos caminos para entender en profundidad la fisiología celular y permitirá establecer nuevas técnicas diagnósticas. Por ejemplo, podría utilizarse para desarrollar nuevos análisis de sensibilidad antibiótica. En la actualidad este tipo de pruebas tardan entre 24 y 48 horas, pero con nuestro método se podrían obtener los resultados en menos de 30 minutos, un avance que puede salvar vidas”.

Los autores presentaron cuatro patentes sobre este dispositivo, tres de las cuales ya están licenciadas a escala internacional a través de Nanosurf AG, una empresa de alta tecnología suiza, con la que siguen colaborando para que pronto se pueda comercializar.

Además de estos avances, la imagen de la célula sobre la diminuta balanza fue una de las 14 elegidas por la revista Nature dentro de sus mejores imágenes científicas de 2017, y también protagonizó una de las imágenes biomédicas diarias del MRC London Institute of Medical Sciences, en Reino Unido.

Referencia bibliográfica:

David Martínez-Martín, Gotthold Fläschner, Benjamin Gaub, Sascha Martin, Richard Newton, Corina Beerli, Jason Mercer, Christoph Gerber & Daniel J. Müller. “Inertial picobalance reveals fast mass fluctuations in mammalian cells”. Nature 550: 500–505, octubre de 2017. DOI: 10.1038/nature24288

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Hay un momento para echar la vista atrás, recordando las condiciones en que nosotros, la especie Homo sapiens, emprendimos nuestra andadura. Hay un momento para explicar lo que fuimos, en el plano científico y cultural, e imaginar lo que seremos, más pronto que tarde. Tú y yo. Ustedes que nos leen y los que escribimos a este lado de la pantalla. Hay, en fin, un momento para explicar el trabajo de los paleontólogos ‒los historiadores de la vida‒ y sumarlo al de tantos otros investigadores que comprueban cómo la cultura altera nuestro recorrido social y evolutivo. Sabios que rastrean las civilizaciones en que se escindió la humanidad. Expertos que nos hacen partícipes de creencias y costumbres, creaciones artísticas y avances tecnológicos. Entre todos, definen una sutil conexión que que nos mantiene unidos desde hace... ¿cuánto tiempo ya? ¿165.000 años? ¿315.000?

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