Investigadores de la Universidad de Vanderbilt y de la Universidad de California en San Diego han logrado un hito científico al generar un «mapa» metabólico de alta resolución que ilustra cómo las células procesan la glucosa. Este estudio, publicado en Nature Communications, redefine la forma en que se visualiza el metabolismo de la glucosa a nivel celular, ofreciendo no solo un nuevo método, sino también un marco organizativo y molecular que puede ser utilizado para estudiar cómo se alteran los procesos metabólicos en enfermedades como la diabetes, la obesidad y el cáncer, así como en el envejecimiento y la neurodegeneración.
Avances en la visualización del metabolismo celular
Rafael Arrojo e Drigo, profesor asistente de fisiología molecular y biofísica y autor correspondiente del estudio, señaló: «Estamos a la vanguardia de la integración de múltiples modos de microscopía en sofisticadas plataformas para medir el destino de los átomos de glucosa, desde animales enteros hasta organelas, mostrando la arquitectura subcelular asociada a estos procesos». Esta investigación se basa en la combinación de trazado de isótopos estables, microscopía de múltiples escalas y análisis de imágenes potenciados por inteligencia artificial.
Hasta ahora, el conocimiento sobre cómo las células procesan nutrientes como la glucosa se había obtenido a través de la metabolómica en masa, que analiza un conjunto completo de pequeñas moléculas dentro de una muestra biológica sin considerar el contexto espacial o subcelular en el que se encuentran. Arrojo e Drigo indicó que «estas estrategias a granel no revelan las características espaciales del metabolismo celular a nivel individual ni cómo estos aspectos se relacionan con la ubicación de las células y organelas dentro de la complejidad del tejido en el que residen».
El equipo multidisciplinario, que incluye científicos de centros de investigación destacados, determinó la organización espacial de los metabolitos de glucosa, desde animales enteros hasta células hepáticas y organelas individuales. Utilizando infusiones de glucosa etiquetada isotópicamente en ratones vivos, los investigadores mapearon cómo los carbonos derivados de la glucosa se incorporaban en el glucógeno, las gotas lipídicas y otros componentes celulares a lo largo del tiempo.
Entre los hallazgos más significativos, el equipo descubrió una interacción estructural y funcional previamente no reconocida entre las gotas lipídicas y la síntesis de glucógeno. Además, se mapeó cómo los contactos entre las mitocondrias y el retículo endoplásmico —dos organelas clave en la producción de energía y la detección de nutrientes— cambian dinámicamente en respuesta a las variaciones en los niveles de glucosa en sangre.
Estos contactos entre mitocondrias y el retículo endoplásmico forman parte de una red más amplia de organelas que coordina las respuestas metabólicas dentro de la célula. Al trazar la cronología de estas interacciones, el estudio proporciona nuevos conocimientos sobre cómo las organelas se reorganizan para adaptarse a diferentes estados metabólicos, iluminando mecanismos fundamentales del metabolismo de la glucosa y el equilibrio energético celular.
Este avance se ha visto facilitado por el entorno interdisciplinario característico de Vanderbilt y el enfoque de imágenes de múltiples escalas y modalidades del NCMIR, una alianza que reunió a expertos en trazado de isótopos estables, metabolismo animal in vivo, imagenología de espectrometría de masas, inteligencia artificial y modelado computacional. El equipo espera que sus hallazgos contribuyan a una mejor comprensión de cómo la organización espacial de los nutrientes dentro de las células influye en la salud metabólica y las enfermedades.
La investigación fue liderada por los coautores principales Christopher Acree y Aliyah Habashy del laboratorio de Arrojo e Drigo, y contó con la participación de científicos de varios centros de investigación de Vanderbilt, así como del grupo de Mark Ellisman en el Centro Nacional para la Microscopia y la Imagenología de UCSD.
