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» » » La física de la sangre y sus posibles aportaciones

Referencia: Science Daily.com, 11 de mayo 2015
"Turning point in the physics of blood"
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 Los investigadores trazan una ecuación que produce sencillas predicciones en cuanto a la rapidez con que los glóbulos migran más allá de las paredes de los vasos sanguíneos, cómo se comportarán cuando chocan entre sí y, en consecuencia, cómo van a segregarse durante el flujo.

La imagen de una simulación que muestra un caso
en el que los glóbulos más rígidos (en blanco) son
dirigidos hacia las paredes de un vaso sanguíneo. El estudio de
Mike Graham establece una nueva teoría que predice
las condiciones en las que se produce este proceso.
Crédito: Universidad de Wisconsin-Madison
Mike Graham sabe que la dinámica de fluidos pueden revelar mucho acerca de cómo el flujo de sangre ayuda y obstaculiza glóbulos individuales a medida que avanzan en su trabajo.

Graham, profesor de Vilas Distinguished Achievement y Harvey D. Spangler, profesor de Ingeniería Química y Biológica en la Universidad de Wisconsin-Madison, establecieron una base teórica para estas ideas mediante la creación de estímulos complejos por ordenador que muestran cómo los relativamente rígidos glóbulos blancos y plaquetas interactúan con las más flexibles células rojas sanguíneas. Conforme las diferentes células chocan entre sí mientras fluye la sangre, las células blancas tienden a ser empujadas hacia las paredes del vaso sanguíneo. Este proceso de segregación, llamado marginación, tiene algunas ventajas, por ejemplo, permitir que los glóbulos blancos de la sangre salgan rápidamente del vaso sanguíneo para dirigirse al sitio de una lesión o infección.

Sin embargo, los detalles mecánicos de la sangre podrían dar cuenta tanto de buenas como malas noticias en los campos que se estudian, desde la administración de fármacos para trastornos de la sangre a la propagación de una enfermedad. "Veo mi labor como la de proporcionar una base fundamental para la comprensión de profesionales y otros ingenieros que están conectados más directamente con estas aplicaciones", comenta Graham.

El trabajo de Graham ha alcanzado un importante punto de inflexión, ofreciendo una teoría que abre una puerta para que otros investigadores puedan aprovechar lo aprendido y observado por el grupo de Graham a lo largo de años de simulaciones computacionales sobre la física del flujo sanguíneo. En un artículo publicado 1 de mayo 2015, en la revista Physical Review Letters, Graham y los doctorandos Kushal Sinha y Rafael G. Henríquez Rivera, han sido capaces de formular una ecuación que hace predicciones sencillas sobre la rapidez con que los glóbulos se alejan de las paredes de los vasos sanguíneos, sobre cómo se comportarán cuando chocan entre sí y, consiguientemente, cómo van a segregarse durante el flujo.

A la larga, estas ideas podrían ayudar a los profesionales a manipular la mecánica de la sangre para diseñar mejores tratamientos de transfusiones de sangre, en las técnicas artesanales de entrega de medicamentos a través de pequeñas partículas en la sangre, y tal vez, incluso diseñar procesos capaces de aislar las células tumorales de transmisión sanguínea que propagan el cáncer por todo el cuerpo.

"Estoy muy entusiasmado con esta investigación, porque es la primera teoría analítica sobre este fenómeno", subraya Graham. "No es muy común que una teoría vaya por delante de los experimentos, pero  ahora mismo estamos en esa posición."

Dicho esto, Graham está procediendo en ambos frentes para dibujar una más firme conexión entre estos conocimientos mecánicos y las muchas funciones biológicas sobre las que podría tener impacto. El camino por delante, llevará a su grupo a refinar una nueva ecuación para adaptarse a situaciones de flujo más complejas y llevar a cabo una colaboración experimental con Wilbur Lam, hematólogo en Georgia Tech y de la Universidad Emory en Atlanta.

Sobre la base de estos trabajos teóricos y de simulación de Graham, el grupo de investigación de Lam creará dispositivos de microfluidos para estudiar el comportamiento de las células sanguíneas en su hábitat natural. Lam ha desarrollado una manera de hacer crecer células endoteliales (las que revisten las paredes interiores de los vasos sanguíneos) dentro de los canales artificiales de dispositivos microfluídicos. "Creo que nuestros laboratorios han tropezado realmente sobre cómo la mecánica de fluidos es capaz de explicar muchos de los fenómenos biológicos que vemos en la sangre", explica Lam. "Esto puede estar relacionado con una nueva forma de entender la inflamación, las infecciones, incluso la medicina transfusional. En realidad, impregna muchos de los distintos problemas que observamos en hematología."

Incluso en el desarrollo de la parte computacional y teórica de este trabajo, Graham piensa en cómo asegurarse de que su trabajo sea creíble para los médicos. Esto es especialmente difícil para un investigador ocupado en simulaciones computacionales, ya que una simulación simplemente no puede tener en cuenta todas las variables sin una cantidad prohibitiva de recursos informáticos.

Sin embargo, Graham dice que capturar los matices físicos de los vasos sanguíneos, forma, tamaño y rigidez relativa, tiene un enorme valor, incluso el tener en cuenta otras innumerables fuerzas que trabajan en el cuerpo humano.

"Nos gustaría ser capaces de convencer a los médicos de que no es necesario saber todos los detalles para capturar la comprensión fundamental de lo que está pasando", continuó. "Es un enorme desafío incorporar todos los fenómenos que podrían ser importantes en una simulación. Hay que exponer el caso de manera convincente, si quieres a alguien quiera aplicar esta investigación, manteniendo las partes importantes."

Ambos investigadores señalan que la anemia de las células falciformes se ha entendido durante mucho tiempo como un problema tanto mecánico como biológico. Los glóbulos rojos defectuosos que causan la enfermedad no sólo son deformes, pero también más rígidos que los glóbulos rojos sanos, lo que significa que bloquean el flujo de sangre. Sin embargo, a un nivel mecánico más detallado, Graham y Lam señalan que, incluso puede ser que las células falciformes, literalmente irriten las paredes internas de los vasos sanguíneos. Si esto es así, haría que la anemia de células falciformes no sólo sean un trastorno de la sangre, sino un trastorno de todo el sistema circulatorio. Sus puntos fuertes de investigación, combinados ahora, crean una oportunidad para poner a prueba esta hipótesis. "Los biólogos y los hematólogos ya conocían desde hace décadas que estas células pueden atascarse, pero lo que menos se entiende es que las paredes de todos los vasos sanguíneos del paciente estén muy inflamados, y no se sabe muy bien por qué", señala Lam.

Los investigadores dicen que una mejor comprensión de la mecánica del flujo sanguíneo también podría ayudar a hacer más seguras las transfusiones de sangre. Las transfusiones pueden a veces desencadenar infartos o daños en los pulmones, y la comunidad médica no sabe bien por qué. Lam quiere averiguar si ciertas células de la sangre donada almacenada tiene propiedades mecánicas que ponen en alto riesgo a los pacientes.

Aunque su colaboración con Lam se encuentra todavía en una fase inicial, ambos investigadores ven la posibilidad de abrir una nueva frontera en la investigación de la sangre. "Esta supondría una nueva categoría de cosas a tener en cuenta, y es por lo que resulta tan emocionante", dice Lam. "De repente, tenemos aplicaciones donde la mecánica puede ser muy importante."

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- Fuente: University of Wisconsin-Madison .
- Publicación: : Rafael G. Henríquez Rivera, Kushal Sinha, Michael D. Graham. Margination Regimes and Drainage Transition in Confined Multicomponent Suspensions. Physical Review Letters, 2015; 114 (18) DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.188101 .

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