UNIVERSIDAD DE CÁDIZ

Publicado en ‘’, muestra por primera vez una caracterización tridimensional del fosfato de calcio formado en el estómago y que revela su estructura interna, morfología y funcionalidad real

Existen numerosos estudios relacionados con la absorción de nutrientes en el estómago, ya que comprender qué ocurre en nuestro aparato digestivo es clave, por ejemplo, para poder evitar en un futuro algunas enfermedades que afectan en mayor o menor medida a parte de la población. En Reino Unido, un grupo de investigadores del Medical Research Council, liderados por el profesor doctor Jonathan J. Powell, trabaja desde hace años en esta línea. Ellos han capitaneado diversos trabajos de este tipo, el último ha sido un estudio en el que han participado 16 instituciones de diversos países. Entre ellas, una única de origen español: la Universidad de Cádiz, una colaboración que se ha materializado a través del investigador doctor Juan Carlos Hernández Garrido.

Fruto de este trabajo, se ha publicado un artículo en el último número de la prestigiosa revista Nature Nanotechnology, titulado An endogenous nanomineral chaperones luminal antigen and peptidoglycan to intestinal immune cells. En él, se analiza desde una perspectiva totalmente innovadora la formación del fosfato de calcio en el estómago, su función y su relación directa con el sistema inmunológico. De hecho, se explica el origen de determinadas enfermedades digestiva como es la colitis ulcerosa o la enfermedad de Crohn, abriendo una nueva línea de investigación desconocida hasta la fecha y que a largo plazo podría derivar en algún tipo de fármaco que paliara los efectos de estas patologías.

Pero, ¿qué hace un experto en estructura y química de nanomateriales en un trabajo de estas características? Y lo más importante, ¿cuál ha sido su aportación? Para entender bien el papel del investigador de la UCA es necesario explicar que en este estudio también han colaborado científicos de la Universidad de Cambridge, antiguos compañeros del doctor Hernández Garrido, ya que éste trabajó varios años en esta prestigiosa institución. Además de ello, en microscopía electrónica, la Universidad de Cádiz es un referente internacional y existen muy pocos expertos en la caracterización tridimensional de materiales por microscopía electrónica, área en la que Juan Carlos Hernández es especialista.

“Hasta ahora, siempre se había trabajado en el análisis de nutrientes de origen biomineral usando técnicas convencionales que proporcionaban imágenes bidimensionales o planas de estas partículas, algo que a estas alturas era ya insuficiente”. Los objetos en la naturaleza son tridimensionales; si quieres caracterizar hoy en día un objeto “lo tienes que hacer intentando aproximarte en la mayor medida posible a su morfología real, a su forma de verdad, a su tamaño, a su geometría…” y para ello hay que hacer una caracterización tridimensional. El doctor Hernández ha explicado que “la estructura, las propiedades y las funciones de estos objetos están todas correlacionadas. Es decir, si conoces la estructura de algo puedes entender sus propiedades y puedes comprender sus funciones”.

Así, “decidí aceptar este reto. Ellos necesitaban esa caracterización tridimensional y yo podía darla, aunque nunca lo hubiera hecho con partículas de origen biológico hasta que me enfrenté a este trabajo”, ha relatado el investigador de la UCA. La realización del análisis en 3D se prolongó varios años y los resultados fueron muy satisfactorios. Los investigadores comprobaron que hay un efecto de mineralización en el que los iones de calcio y de fósforo se unen en el estómago formando fosfato de calcio, algo que no suponía ninguna novedad. Lo verdaderamente nuevo, era que esta visualización tridimensional “reveló con una elevada resolución que, lo que se veía en una imagen convencional y que interpretábamos como una partícula densa y compacta, en realidad era una partícula con muchas pequeñas cavidades, es decir, existía una alta porosidad en su estructura interna”. Lo más interesante de este punto es que “al demostrar que estas partículas son altamente porosas, abriría la posibilidad que, durante su formación por la unión de iones de calcio y de fósforo, puedan atrapar varios antígenos en su interior. De hecho, sabíamos por trabajos de otros investigadores, que estas partículas de fosfato de calcio son consumidas por células del sistema inmunológico a través del tejido linfático que recubre el intestino”.

Transferir nutrientes y ayudar a su absorción

De esta manera, la propia partícula actúa como una especie de carguero o portador hasta lo que es el epitelio intestinal, el lumen, que es donde hay una estructura que permite la absorción de nutrientes. Es decir, “el fosfato de calcio atrapa antígenos (y otras determinadas macromoléculas como las proteínas) y los lleva hasta esta parte del intestino, lo que se traduce en que estos biominerales no sólo ayudan a la absorción de nutrientes sino que son portadores de antígenos, por lo tanto son claves en la creación de un efecto inmunológico que no se ha podido ver hasta ahora”, subraya Juan Carlos Hernández.

De esta forma, desde la Universidad de Cádiz “nos hemos centrado en mostrar la verdadera estructura y morfología de estos biominerales, algo que hasta ahora sólo se intuían”. Al entender y conocer la estructura real de estas partículas se verificó su función centrada en transferir nutrientes y ayudar a su vez a la absorción de los mismos, lo que llevó a los científicos a realizar una serie de pruebas en ratones que determinaron que “un desequilibrio en el fósforo y en el calcio puede originar una absorción incorrecta o deficiente de nutrientes. Es decir, si hay deficiencia de calcio, por ejemplo, no se podría generar suficiente fosfato de calcio, o que éste no tenga la estructura adecuada, por lo que no podríamos trasladar antígenos al epitelio intestinal y consecuentemente mermaríamos nuestro mecanismo de defensa en el intestino lo que podría explicar el origen de determinadas enfermedades inflamatorias intestinales como la colitis ulcerosa o la enfermedad de Crohn”.

Este estudio ha conseguido dar un paso más para conocer el origen de ciertas enfermedades, aunque aún queda mucho trabajo por delante para poder combatir estas patologías que parecen estar asociadas a una deficiencia en calcio.

Referencia bibliográfica: Jonathan J. Powell; Emma Thomas-McKay; Vinay Thoree; Jack Robertson; Rachel E. Hewitt; Jeremy N. Skepper; Andy Brown; Juan Carlos Hernández-Garrido; Paul A.Midgley; Inmaculada Gomez-Morilla; Geoffrey W. Grime; Karen J. Kirkby; Neil A.Mabbott; David S. Donaldson; Ifor R. Williams; Daniel Ríos; Stephen E. Girardin; Carolin T. Haas; Sylvaine F. A. Bruggraber; Jon D. Laman; Yakup Tanriver; Giovanna Lombardi; Robert Lechler; Richard P. H. Thompson; and Laetitia C. Pele: ‘An endogenous nanomineral chaperones luminal antigen and peptidoglycan to intestinal immune cells’. Nature Nanotechnology. (2015) doi:10.1038/nnano.2015.19
(http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.19.html