Creen un simulador computacional per estudiar l’arrel més freqüent del mal d’esquena
Investigadors de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) han liderat la creació d’un simulador computacional únic al món per estudiar una de les arrels del mal d’esquena crònic, en el marc d’una recerca amb la col·laboració de l’Institut de Recerca de l’Hospital del Mar (HMRIB), segons ha informat avui la universitat. Una de les principals causes del mal d’esquena crònic és la degeneració dels discos situats entre les vèrtebres de la columna, deguda a desajustos dels processos bioquímics que es donen entre les cèl·lules que els conformen. L’equip de recerca ha creat el primer sistema computacional del món per simular aquests processos bioquímics, fruit d’interaccions complexes i difícilment mesurables entre diferents proteïnes.
Segons destaca la UPF en un comunicat, el nou simulador no només permetrà conèixer millor l’origen biològic del mal d’esquena, sinó també assentar les bases per dissenyar futurs tractaments que ataquin l’arrel del problema i no siguin únicament pal·liatius com els actuals. A més, es remarca, el model s’ha compartit en obert amb tota la comunitat científica i constitueix una eina molt valuosa per a tots els investigadors en aquest camp.
Els resultats de la recerca s’han publicat recentment en un article d’una de les revistes de Nature (npj systems biology and applications). Els seus investigadors principals són Jérôme Noailly, cap de l’àrea de recerca de Biomecànica i Mecanobiologia (BMMB) de la Unitat BCN MedTech del Departament d’Enginyeria de la UPF; i Janet Piñero, investigadora del Programa de Recerca en Informàtica Biomèdica (GRIB), que desenvolupen conjuntament l’Institut de Recerca de l’Hospital del Mar (HMRIB) i el Departament de Medicina i Ciències de la Vida de la UPF.
Discos intervertebrals
Els discos intervertebrals que estan entre les vèrtebres són fonamentals per garantir la flexibilitat de la columna i esmorteir l’impacte sobre aquesta de diverses activitats mecàniques com caminar, córrer, aixecar pesos, etc., explica la UPF, que assenyala que, fent un símil, podríem comparar aquests discos amb globus que sempre han d’estar inflats amb aigua per esmorteir els cops, però que també es podem deformar per fer d’articulació. Els discos compleixen funcions diverses per estabilitzar i articular la columna vertebral, que cap material o estructura generada per l’enginyeria és capaç d’igualar a hores d’ara.
Malauradament, degeneren amb el temps i aquest procés pot arribar de forma massa precoç i afectar greument la qualitat de vida de les persones afectades. La seva degeneració es pot deure a múltiples factors (genètics, edat, metabolisme, càrregues mecàniques suportades, factors ambientals, etc.).
La UPF indica que els discos intervertebrals formen la part més gran del cos humà on no hi arriba el corrent sanguini. En l’espai que separa unes cèl·lules de les altres, enlloc de sang, s’hi troba el denominat líquid intersticial, principalment format per aigua salina, per on arriben els nutrients a les cèl·lules, cosa que permet l’activitat metabòlica de forma anàloga a d’altres parts del cos. Essencialment, el metabolisme cel·lular pot resultar en dos processos contraposats: la generació de teixit (o anabolisme) i la destrucció de teixit (o catabolisme). En condicions ideals, s’ha de produir una situació d’equilibri, en què el teixit que es genera i es destrueix és el mateix. Però poden existir desajustos a favor del catabolisme que propiciïn la destrucció de teixit.
En el cas específic dels discos intervertebrals, aquest procés metabòlic té algunes particularitats. En primer lloc, com no hi circula la sang, hi ha proteïnes generades per les cèl·lules que romanen molt de temps al líquid intersticial, l’activitat de les quals pot acabar incidir sobre el metabolisme. En segon lloc, es tracta d’una part del cos on no hi arriben les cèl·lules del sistema immunitari, que circulen a través de la sang i contribueixen a defensar el cos. Per això, les mateixes cèl·lules dels discos poden assumir funcions pròpies de cèl·lules immunes i poden generar senyals d’alarma, tot desencadenant la producció de proteïnes proinflamatòries amb un doble efecte: la disminució del nivell de producció del teixit del disc intervertebral i l’augment de producció d’enzims que destrueixen l’existent. Si això no es compensa amb proteïnes amb efectes antiinflamatoris o fins i tot regeneradors (o anabòlics), les conseqüències poden ser particularment nocives per a aquesta part de cos.
Futurs tractaments
La UPF destaca que l’estudi obre la porta a futurs tractaments contra el mar d’esquena. Així, s’assenyala que el nou sistema computacional (Model de Xarxa Reguladora) permet simular les interaccions de 33 proteïnes que es troben al líquid intersticial i 153 possibles interaccions entre elles. Aquest model computacional agrupa coneixements de recerques prèvies sobre el nucli polpós, el teixit central dels discos intervertebrals, recollides per 103 articles científics. D’aquesta manera, permet interrelacionar els estudis de diferents comportaments de les cèl·lules del discos, que fins ara s’havien estudiat de forma aïllada.
“Com a simulador, permet analitzar quins efectes tindria variar el percentatge de determinades proteïnes al líquid intersticial. Això pot obrir la porta al disseny de futurs tractaments biològics personalitzats, basats en una millor comprensió de les dinàmiques complexes de destrucció i manteniment del disc intervertebral”, explica Jérôme Noailly, una de les investigadores principals. Aquests futurs tractaments podrien consistir en obtenir un sèrum enriquit amb aquelles proteïnes que faltarien per preservar o restaurar el manteniment biològic del disc intervertebral, a partir de la mateixa sang d’un pacient i fer arribar aquest sèrum al disc intervertebral. Cal matisar que els tractaments biològics no són farmacològics. Els primers actuen sobre el líquid intersticial (situat entre les cèl·lules dels discos) en què s’ha centrat el present estudi, per estimular les cèl·lules. Els segons actuarien sobre els processos bioquímics de l’interior de les cèl·lules, que seran objecte de futurs estudis del mateix grup de recerca.
