La sangre es un material extraordinario: debe permanecer líquida dentro de los vasos sanguíneos y, al mismo tiempo, coagularse lo más rápido posible fuera de ellos para detener el sangrado. La cascada química que hace esto posible se conoce bien en el caso de la sangre de los vertebrados. Pero la hemolinfa, el equivalente a la sangre de los insectos, tiene una composición muy diferente: carece notablemente de glóbulos rojos, hemoglobina y plaquetas, y tiene células parecidas a las amebas llamadas hemocitos en lugar de glóbulos blancos para la defensa inmunológica.
Al igual que la sangre, la hemolinfa se coagula rápidamente fuera del cuerpo. Cómo lo hace ha sido durante mucho tiempo un enigma. Ahora, los científicos de materiales han demostrado en Frontiers in Soft Matter cómo las orugas de la polilla esfinge de Carolina logran esta hazaña. Este descubrimiento tiene aplicaciones potenciales para la medicina humana, dijeron los autores.
“Aquí mostramos que estas orugas, llamadas gusanos del tabaco, pueden sellar las heridas en un minuto. Lo hacen en dos pasos: primero, en unos segundos, su delgada hemolinfa, parecida al agua, se vuelve ‘viscoelástica’ o viscosa, y la hemolinfa que gotea se retrae hacia la herida”, afirmó el autor principal, el Dr. Konstantin Kornev, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Clemson.
“A continuación, los hemocitos se agregan, comenzando desde la superficie de la herida y subiendo para abrazar la película de revestimiento de hemolinfa que eventualmente se convierte en una costra que sella la herida”.
Desafiante para estudiar
Los gusanos cuernos del tabaco completamente desarrollados, listos para convertirse en pupas, miden entre 7,5 cm y 10 cm de largo. Sólo contienen una cantidad mínima de hemolinfa, que normalmente se coagula en segundos, lo que dificulta su estudio con métodos convencionales.
Por estos motivos, Kornev y sus colegas tuvieron que desarrollar nuevas técnicas para el presente estudio y trabajar con rapidez. Aun así, la tasa de fracaso de las manipulaciones más complicadas fue enorme (hasta el 95%), requiriendo muchos intentos.
Restringieron gusanos cuernos individuales en una funda de plástico y le hicieron una ligera herida en una de las pseudopatas de cada oruga a través de una ventana en la funda. Luego tocaron la hemolinfa que goteaba con una bola de metal, que fue retirada, creando un “puente” de hemolinfa (de unos dos milímetros de largo y cientos de micrómetros de ancho) que posteriormente se estrechó y se rompió, produciendo gotas satélite. Kornev y su equipo filmaron estos eventos con una cámara de alta frecuencia de cuadros y una lente macro para estudiarlos en detalle.
Cambio instantáneo de propiedades.
Estas observaciones sugirieron que durante los primeros cinco segundos aproximadamente después de comenzar a fluir, la hemolinfa se comportaba de manera similar al agua: en términos técnicos, como un líquido newtoniano de baja viscosidad. Pero en los siguientes 10 segundos, la hemolinfa experimentó un cambio marcado: ahora no se rompió instantáneamente sino que formó un largo puente detrás de la gota que caía. Por lo general, el sangrado se detiene por completo después de 60 a 90 segundos, después de que se forma una costra sobre la herida.
Kornev y sus colegas estudiaron más a fondo las propiedades de flujo de la hemolinfa colocando una nanovara de níquel de 10 micrómetros de largo en una gota de hemolinfa fresca. Cuando un campo magnético giratorio hizo que la nanobarra girara, su retraso con respecto al magnetismo dio una estimación de la capacidad de la hemolinfa para retener la varilla a través de la viscosidad. Llegaron a la conclusión de que unos segundos después de abandonar el cuerpo, la hemolinfa de la oruga cambia de un fluido poco viscoso a uno viscoelástico.
“Un buen ejemplo de fluido viscoelástico es la saliva”, dijo Kornev. “Cuando se unta una gota entre los dedos, se comporta como agua: los científicos de materiales dirán que es puramente viscosa. Pero gracias a unas moléculas muy grandes llamadas mucinas, la saliva forma un puente cuando se separan los dedos. Por lo tanto, se distribuye correctamente Se llama viscoelástica: viscosa cuando la cortas y elástica cuando la estiras.
Los científicos utilizaron además microscopía óptica de contraste de fase y polarizada, imágenes de rayos X y modelos de ciencia de materiales para estudiar los procesos celulares mediante los cuales los hemocitos se agregan para formar una costra sobre una herida. Hicieron esto no sólo en las polillas esfinge de Carolina y sus orugas, sino también en otras 18 especies de insectos.
Los hemocitos son clave
Los resultados mostraron que la hemolinfa de todas las especies estudiadas reaccionó de manera similar al corte. Pero su reacción al estiramiento difería drásticamente entre la hemolinfa rica en hemocitos de las orugas y las cucarachas, por un lado, y la hemolinfa pobre en hemocitos de las mariposas y polillas adultas, por el otro: las gotas se estiraban para formar puentes para las dos primeras, pero inmediatamente se rompió por este último.
“Convertir la hemolinfa en un líquido viscoelástico parece ayudar a las orugas y las cucarachas a detener cualquier hemorragia, al retraer las gotas que gotean hacia la herida en unos pocos segundos”, dijo Kornev.
“Concluimos que su hemolinfa tiene una capacidad extraordinaria para cambiar instantáneamente sus propiedades materiales. A diferencia de los insectos productores de seda y las arañas, que tienen un órgano especial para producir fibras, estos insectos pueden producir filamentos de hemolinfa en cualquier lugar al sufrir una herida”.
Los científicos concluyeron que los hemocitos desempeñan un papel clave en todos estos procesos. Pero aún se desconoce por qué las orugas y las cucarachas necesitan más hemocitos que las mariposas y polillas adultas.
“Nuestros descubrimientos abren la puerta al diseño de espesantes de sangre humana que funcionen rápidamente. No necesariamente necesitamos copiar la bioquímica exacta, pero debemos centrarnos en diseñar medicamentos que puedan convertir la sangre en un material viscoelástico que detenga el sangrado. Esperamos que nuestros hallazgos contribuirá a realizar esta tarea en un futuro próximo”, afirmó Kornev.
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