Las matemáticas desvelan por qué el covid daña más a unos órganos

Ernesto Estrada, del Instituto Universitario de Matemáticas y Aplicaciones de la Universidad de Zaragoza, se muestra más que satisfecho por los resultados de un ensayo que arrojan más luz contra la pandemia que sigue asolando el mundo.

Y así lo relata a Alimente: “Este trabajo sobre covid-19 y afectación de determinados órganos demuestra el poder de las matemáticas aplicadas a problemas médicos y biológicos de urgencia. En el mismo se utilizan técnicas de esta ciencia de cálculo fraccionario, que hace unos años se veían como algo abstracto y lejos de aplicaciones prácticas”.

El ensayo “es un ejemplo de como la combinación multidisciplinar de técnicas y herramientas son capaces de solucionar problemas prácticos bajo una óptica del estudio de los sistemas complejos”, reitera.

"La relevancia de este trabajo es que propone un mecanismo que explica como se pueden propagar los daños que causa el virus desde el pulmón a los demás órganos", Estrada

Perteneciente también a la Fundación Agencia Aragonesa para la Investigación y el Desarrollo (ARAID), Estrada acaba de publicar una investigación que desvela que el covid-19 afecta fundamentalmente a los pulmones, pero en casos graves el daño puede extenderse al corazón, al hígado, los riñones y a partes del sistema neurológico.

Hasta ahora, las razones por las que el virus 'escoge' unos órganos y no otros sigue sin estar clara. Ahora, las matemáticas proponen una explicación, tal y como recoge la revista Chaos del American Institute of Physics.

Relata el autor, que "los enfermos graves generan daños extrapulmonares significativos que en muchos casos son irreversibles y pueden producir la muerte del paciente". E, insite: "La comunidad científica baraja dos hipótesis fundamentales para explicar el daño multiorgánico en los pacientes más afectados. Una de ellas es que el SARS-CoV-2, sea capaz de infectar los distintos órganos de la misma manera que, por primera vez, entra en una célula humana".

Dos hipótesis

Es decir, "usando su proteína Spike (la llave) para unirse a otra llamada ACE2 (la cerradura) que se encuentra en las células humanas. La ACE2 es bastante abundante en órganos como el intestino, el cerebro o el corazón", recuerda el investigador. Sin embargo, este planteamiento tiene un problema. "En las autopsias realizadas a pacientes fallecidos se detectó virus en pulmones e intestino, pero no en corazón, riñones, hígado o cerebro, por lo que ese mecanismo no es universal para todos los órganos", añade.

La otra hipótesis se basa en la 'tormenta de citoquinas'. Son 'señales de alarma' del organismo, un agente extraño entra en el cuerpo, se liberan y el sistema inmune reacciona y acude a atacar a ese microorganismo ajeno. Sin embargo, cuando se produce esta tormenta de 'señales de alarma' o moléculas, entre ellas una llamada interleuquina 6 (IL-6), el sistema inmune se descontrola y no lucha solo contra el coronavirus, sino que también ataca al propio organismo. Precisamente, se cree que la IL-6 provoca la inflamación en órganos más allá de los pulmones.

Pero esta hipótesis también tiene deficiencias. Si se compara un paciente agudo de con otro que padece el síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA) -y sin covid-, el primero tiene concentraciones de IL-6 de 10 a 200 órdenes de magnitud más bajas que lo que se debería esperar en una persona con la patología.

"Ambos planteamientos, por tanto, tienen sus evidencias, pero también sus contraevidencias", recalca. Por eso, este investigador propone en este trabajo un nuevo mecanismo -a convivir con los otros dos- a partir de ecuaciones matemáticas y de la red de interacción de proteínas.

"Sin un conocimiento de los mecanismos que producen estos daños estamos a ciegas a la hora de tratar a los pacientes graves. La relevancia de este trabajo es que propone un mecanismo que explica como se propagan los mismos desde el pulmón a los demás órganos. El virus usa la red de interacciones de proteínas del ser humano como vía de propagación y lo hace mediante mecanismos subdifusivos en el interior de las células". aclara el investigador.

Agrega, además, que con "esta 'nueva herramienta' soy capaz en este ensayo de explicar el daño observado en los órganos afectados de los pacientes".

La 'fórmula'

Cuando el virus entra en una célula del pulmón introduce su ARN y en 29 proteínas capaces de interaccionar con un total de 240 proteínas humanas, de entre los miles que hay en una sola célula.

Estas proteínas crean redes y las matemáticas han hallado cuál de esas primeras proteínas va a perturbar a una segunda o a una tercera. "Para que dos proteínas se encuentren y formen un complejo de interacción, necesitan moverse dentro de la célula de forma subdifusiva, De manera similar, las proteínas en una célula también tienen que sortear una serie de obstáculos para poder interactuar, y el modelo matemático de este trabajo captura precisamente estos movimientos", apostilla.

Así, se detectó un conjunto de “proteínas vulnerables” (un total de 38) que se expresan -activan- fuera del pulmón y que están relacionadas con 105 tipos de enfermedades en 13 tipos de órganos/sistemas distintos, como el cardiovascular o el hepático. Estas 38 proteínas vulnerables pueden ser perturbadas por otras que saldrían ya dañadas desde el pulmón (un total de 59), causando daño en distintos órganos del paciente, esta vez por covid-19.

Lesiones renales y hepáticas

Estrada reconoce que, como se ha detallado anteriormente, "el modelo encuentra que los órganos o sistemas con mayor riesgo son el circulatorio (donde se pueden producir hemorragias y trombosis), el sistema neurológico (desde dolores de cabeza, mareos, hasta infartos cerebrales), el sistema cardiovascular, el endocrino (con daño en varios órganos y glándulas), el inmunológico, el musculoesquelético, el línfático, el gastrointestinal, así como afecciones metabólicas, dermatológicas, de los ojos y hepáticas. Nuestro modelo no explica los daños renales encontrados, los cuales pueden ser un efecto colateral del daño sistémico que ocurre en los pacientes".

"En un segundo trabajo avanzamos un método para seleccionar combinaciones de fármacos que pueden ser eficaces contra las patologías extrapulmonares y tienen acción antiviral"

Además “hemos hallado cuáles son las proteínas en el pulmón que activarían o perturbarían esas otras en los órganos. Estas serían, por tanto, candidatas a dianas farmacológicas”, concluye Estrada, Y, al parecer, por ello han identificado 12 medicamentos que se podrían usar como inhibidores tanto de las proteínas vulnerables como de sus perturbadoras.

El siguiente estudio

De hecho, "en un trabajo que enviaré a publicar en estos días encuentro un conjunto de fármacos ya conocidos y comercializados que actúan directa o indirectamente sobre las proteínas que están involucradas en los daños multiorgánicos encontrados por nuestro modelo. Estos medicamentos tienen que ser testados en ensayos clínicos, pero nuestro trabajo da una orientación de que medicamentos proponer para los estudios clínicos. Tengo que decir que ningún medicamento de los encontrados es eficaz contra todos los daños extrapulmonares", comenta Estrada.

"En este segundo trabajo avanzamos un método para seleccionar combinaciones de los mismos que eficazmente pueden tratar dichas patologías extrapulmonares, incluso algunos tienen acción antiviral contra el SARS-COV2, lo que sería un valor añadido a la hora de usarlos", apostilla.