Francis en ¡Eureka!: La clonación de células troncales pluripotentes humanas

Dibujo20130518 Human Embryonic Stem Cells Derived by Somatic Cell Nuclear Transfer

Ya está disponible el audio de mi sección ¡Eureka! en el programa La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Sigue este enlace para disfrutarlo. Como siempre una transcripción libre.

La noticia de la semana ha sido la clonación de células madre humanas. Desde que se clonó la oveja Dolly en 1996 muchos investigadores han tratado de clonar células humanas por sus aplicaciones en medicina regenerativa. ¿Por qué ha costado tanto tiempo clonar células humanas? La oveja Dolly fue clonada a partir de una célula adulta mediante una técnica llamada transferencia nuclear somática. Se tomó el núcleo de una célula de la glándula mamaria de una oveja y se introdujo en un óvulo no fecundado y sin núcleo. Fueron necesarios 277 embriones fallidos para producir un nacimiento y en 2003, la oveja Dolly murió de vejez prematura (vivió la mitad que una oveja normal).

Todas las células tienen el mismo ADN en su núcleo, pero son muy diferentes entre sí (basta comparar una neurona y una célula de la piel). Pero todas las células pueden nacer a partir de células troncales pluripontentes, las llamadas células madre, capaces de diferenciarse en cualquier otra célula del cuerpo. Shoukhrat Mitalipov (del Centro Nacional de Investigación en Primates de Oregón, en EEUU) y sus colegas, entre ellos la embrióloga española Nuria Martí, emigrada a EEUU por los recortes en ciencia en España, han logrado aplicar la técnica utilizada con la oveja Dolly a células humanas.

Algunos oyentes recordarán que un científico surcoreano, el Dr. Hwang, experto en células madre, afirmó haberlo logrado en marzo de 2004, pero en diciembre de 2005 se descubrió había falsificado los datos de sus experimentos sobre la clonación de embriones humanos. Se levantó un gran escándalo y fue condenado a dos años de cárcel por un tribunal de Seúl. Ha costado casi 10 años de intenso trabajo lograr la clonación humana y lo más curioso es que la clave ha sido utilizar la cafeína.

Recomiendo leer a Gretchen Vogel, “Human Stem Cells From Cloning, Finally,” News & Analysis, Science 340: 795, 17 May 2013, y a David Cyranoski, “Human stem cells created by cloning. Breakthrough sets up showdown with induced adult lines,” Nature 497: 295–296, 16 May 2013. El artículo técnico es Masahito Tachibana et al., “Human Embryonic Stem Cells Derived by Somatic Cell Nuclear Transfer,” Cell, AOP, 15 May 2013. La cafeína se introdujo en la clonación de monos en S.M. Mitalipov, “Reprogramming following somatic cell nuclear transfer in primates is dependent upon nuclear remodeling,” Human Reproduction 22: 2232-2242, 2007.

En español recomiendo leer a Nuño Domínguez, “La clonación humana, cuestión de cafeína,” esMateria, 17 mayo 2013, y a Alfredo Pascual, “Nuestra generación no verá un órgano clonado, y mucho menos un ser humano,” El Confidencial, 17 mayo 2013.

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Errores en los libros de texto de física: el índice de refracción y la velocidad de la luz

dibujo20090117medievalmonkcopyingabookEscribir libros de texto es una labor difícil, aunque necesaria. “Clonar” libros de texto es una labor más sencilla. Muchos libros de texto parecen obras de monjes medievales, grandes copistas, grandes decoradores, a veces incluso grandes traductores, pero poco más. La mejor recomendación para alguien que quiera escribir un libro de texto es adoptar la hipótesis de trabajo de que todo lo que está escrito en los demás libros de texto es mentira. Hay que leer las fuentes originales. Pocos lo hacen. La mayoría se limitan a “decorar” lo que han leído en otros libros de texto. El “clonado” de libros de texto provoca que muchas afirmaciones en los libros de texto son mentira. Ya sabemos lo que pasa con los rumores, se “deforman” mientras se propagan. Nos lo recuerda Craig Bohren, “Physics Textbook Writing: Medieval, Monastic Mimicry,” APS Physics, 2008 , que nos pone algunos ejemplos en libros de texto de física que creo interesante recopilar. 

Hay tantos ejemplos que es difícil saber por donde empezar. Craig decide hacerlo por su favorito, el índice de refracción. Prácticamente todos los libros de texto afirman que c/n es la “velocidad de la luz” en un medio con índice de refracción n, que debe ser mayor que 1, para no violar la relatividad de Einstein (c es la velocidad de la luz en el vacío). Por supuesto, c/n no es “la” velocidad de la luz, sino “una” velocidad de la luz, en concreto, la velocidad de fase de una onda armónica plana. Es una onda “ideal” que no puede existir en la realidad física, ya que ocupa todo el espacio y existe eternamente. No es la velocidad de ningún objeto o señal “real” y, por tanto, no se viola la relatividad si es mayor que c.

La afirmación de que n “debe ser” mayor que 1 es también falsa. El índice de refracción depende de la frecuencia y casi todos los materiales tienen un índice de refracción menor que 1 a ciertas frecuencias. No se trata de materiales exóticos, basta tomar la sal común (cloruro sódico). En general, el índice de refracción es un número complejo cuya parte real es n y cuya parte imaginaria es el coeficiente de extinción (k). En la siguiente figura se muestran para el cloruro sódico (NaCl) en el infrarrojo. Se observa claramente que n es mayor que 1 en un amplio rango de “luz” infrarroja.

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Los lectores de este blog que se enteren por primera vez que el índice de refracción puede ser menor que 1, con lo que la velocidad de fase de la luz puede ser mayor que c quizás se acuerden de la velocidad de grupo y afirmen, a la ligera, que la velocidad de grupo no puede ser mayor que c. Se equivocan, la velocidad de grupo puede ser mayor que c, incluso negativa y menor que -c. Ya lo sabía Arnold Sommerfield en 1907. Por supuesto, eso no significa que se pueda enviar una señal más rápido que c en ningún medio (la velocidad a la que se puede transmitir señales es siempre menor que c). Sobre la velocidad de fase, velocidad de grupo, y velocidad de la señal recomiendo el artículo de J. Weber, “Phase, Group, and Signal Velocity,” American Journal of Physics 22: 618-620, 1954 (acceso gratuito). A los que tengan ganas de “pelearse” un rato con diferentes conceptos de velocidad de la luz en un medio les recomiendo el artículo de S. C. Bloch, “Eighth velocity of light,” American Journal of Physics 45: 538-549, 1977 , donde se presentan 8 definiciones diferentes del concepto “velocidad de la luz.” Las trataremos en una entrada futura.

Otra noción errónea sobre el índice de refracción en muchos libros de texto, aún más “descabellada,” es que la luz se mueve más lentamente en un medio más denso. La velocidad de fase c/n no está directamente relacionada con la densidad del material del medio. Por ejemplo, el índice de refracción del oro (Au) en el visible es del orden de un quinto del valor para el aire, aunque el oro sea 20 mil veces más denso. Ni la densidad (de masa) ni el número molecular tienen una relación “predecible” con el índice de refracción, como muestran las siguientes figuras (la de la derecha con cierto toque “humorístico”) extraídas del artículo de Scott Barr, “Concerning index of refraction and density,” American Journal of Physics 23: 623-624, 1955 . Esta ausencia de relación es fácil de entender. El índice de refracción especifica la diferencia en fase entre dos ondas planas armónicas con la misma frecuencia y que se propagan a lo largo de la misma distancia, una en el vacío y otra en el medio material. El origen de esta diferencia de fase está en la excitación de las cargas en el medio con el paso de la onda electromagnética. El campo electromagnético actúa sólo sobre las cargas, las masas (y con ellas la densidad) no se ven afectadas.

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¿De dónde vienen estas nociones erróneas sobre el índice de refracción? Posiblemente es histórica. En su origen el índice de refracción sólo se aplicaba a materiales transparentes (como agua o cristales) utilizando luz en el visible (la luz del sol o de lámparas). La generalización de esta noción a todo el espectro electromagnético y a todos los materiales (la mayoría no son transparentes en el espectro visible), nos obliga a revisar todas las nociones preconcebidas, que en su momento histórico pudieron ser “intuitivas.” De hecho, en algunos libros de texto se afirma que el índice de refracción crece con la “densidad óptica” del medio. ¿Qué es la “densidad óptica”? Según The MacMillan Dictionary of Measurement, es una “término impreciso para la transmitancia,” que grosso modo no es otra cosa que el índice de refracción. Luego dicha afirmación aporta “poco:” un medio con mayor índice de refracción tiene un mayor índice de refracción.

Otro asunto “peliagudo” son la referencias históricas en los libros de texto (a la que dedicaremos una entrada en este blog en el futuro). Nada que ver con la “historia” de la ciencia. Siempre es difícil saber quien fue el primero o a quien atribuir cierta ley, constante, teorema, o experimento. “Rebuscando” siempre se encuentra alguien que lo hizo antes. Nos lo recuerda la ley de la eponimia de Stigler, “ningún descubrimiento científico recibe el nombre de quien lo descubrió en primer lugar.” Volviendo a la ley de la refracción, ¿quién la descubrió? Harriot, Descartes, Snel, … o Ibn Sahl, unos 600 años antes. ¿Snel? No era “Snell.” El Dictionary of Scientific Biography nos indica que la forma correcta de escribir el nombre del físico danés Willebrord Snel (como él escribía su propio nombre) es ésta. ¿Por qué la mayoría de los libros de texto escriben incorrectamente “Snell”? Cosas de los “copistas” medievales, perdón, de los libros de texto “copiados” de libros de texto, perdón, de … cosas del inglés. Lo confieso, yo mismo he escrito Snell en multitud de ocasiones.

Sobre muertos vivientes y la clonación de los congelados

dibujo20081112rata3Walt Disney no está congelado a la espera de que la tecnología pueda revivirle, es solamente una leyenda urbana. Sin embargo, el ratón de la foto sí que lo está. Lleva 16 años congelada a -20 °C. Sin ningún producto especial de protección criogénica de los tejidos. ¿Se puede resucitar a esta rata? No, con la tecnología actual lo único que podemos hacer es clonarla. ¡Sí, clonarla! Los ratones del recuadro arriba a la derecha son clones del ratón congelado. Parque Jurásico se puede convertir en una realidad (no con dinosaurios, pero sí con mamuts y otros animales cuyos restos congelados podamos encontrar).

La foto está sacada del artículo “Molecular biology: Clones of the dead,” Nature 456: 144, 13 November 2008 , que comenta el artículo técnico de Sayaka Wakayama et al. “Production of healthy cloned mice from bodies frozen at -20°C for 16 years,” PNAS, 105: 17318-17322, November 11, 2008 , quienes ya habían sido capaces de clonar ratones congelados pero a los que se les había inyectado sustancias químicas crioprotectoras. El nuevo estudio es sorprendente. Ninguna de las células obtenidos del ratón congelado estaba intacta. Para sorpresa de los científicos, la probabilidad de clonar a este ratón ha sido similar a la que se observa cuando se quiere clonar un ratón vivo, por ello afirman que la integridad genética se debe haber preservado durante la congelación. El mejor órgano del ratón congelado para donar células para la clonación ha sido su cerebro. Esto es sorprendente porque nunca se ha podido clonar a un ratón vivo adulto a partir de células de su cerebro.

Este tipo de técnica no son fiables al 100%. Clonar con éxito un ratón vivo por la técnica de transferencia nuclear utilizada por los autores funciona el 94.8%. Clonar este ratón congelado 16 años ha funcionado un 47.4% de las veces. Este número es enorme. Eso sí, la técnica requiere obtener células embrionarias troncales con núcleo transferido (ntES) a partir de los núcleos de las células congeladas y esto cuesta trabajo (se logra alrededor del 4% de las veces a partir de células vivas y sorprendentemente un 2% de las veces a partir de células del ratón de 16 años de congelación).

El artículo promete que las novelas de ciencia ficción se van a quedar cortas en poco tiempo.