La explicación matemática de por qué el COVID-19 daña unos órganos y otros no

Más de 10 meses después de la aparición de la enfermedad respiratoria COVID-19, causada por el nuevo coronavirus SARS-CoV-2 (síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2), la comunidad médica y científica todavía tiene muchas preguntas sobre el accionar del novel virus convertido en pandemia.

Infobae / EFE

Esta enfermedad, que se caracteriza por importantes daños a nivel multiorgánico, afecta fundamentalmente a los pulmones. Pero en pacientes graves, el daño puede extenderse al corazón, al hígado, los riñones y a partes del sistema neurológico.

En un amplio estudio realizado en septiembre por un grupo de especialistas del Departamento de Patología de la Universidad de Amsterdam, Países Bajos y publicado en The Lancet, evidenció que los cambios histológicos en los pacientes que habían fallecido por COVID-19, en los que evaluaron el curso de la enfermedad, la presencia de células infectadas por virus y la magnitud de la respuesta inmune en varios órganos afectados. Además, se evaluó la composición de los trombos para dilucidar la causa subyacente de la coagulopatía.

El coronavirus SARS-CoV-2 visto bajo un microscopio electrónico de alta resolución – REUTERS.

Entonces, cabe la pregunta que los expertos todavía se hacen a diario, mientras intentan salvar las vidas en peligro: ¿Pero por qué el virus “selecciona” unos órganos y otros no? Si la respuesta no la tienen los científicos, tal vez las matemáticas sí. El matemático Ernesto Estrada, de la Universidad de Zaragoza y de la Fundación Agencia Aragonesa para la Investigación en España, se preguntó eso y quiso brindar una explicación a través de una investigación científica, de cómo es posible que estos daños se propaguen de forma selectiva en lugar de afectar a todo el cuerpo

“Hasta ahora, la comunidad científica baraja dos hipótesis para explicar el daño multiorgánico en los pacientes más graves de COVID-19. Una de ellas es que coronavirus sea capaz de infectar los distintos órganos de la misma manera que por primera vez entra en una célula humana. Es decir, usando su proteína Spike (la llave) para unirse a otra llamada enzima convertidora de angiotensina 2 o ACE2 (la cerradura) que se encuentra en las células humanas. Y es que, la proteína ACE2 es bastante abundante en órganos como el intestino, el cerebro o el corazón”, explica Estrada, responsable de esta nueva investigación. Sin embargo, este planteamiento tiene un problema: en las autopsias realizadas a pacientes fallecidos por COVID-19, 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.

La otra hipótesis se basa en la ´tormenta de citoquinas´, una reacción hiperinflamatoria, que tiene un papel clave en los casos graves de COVID-19 y que por el momento dejan relativamente desamparados a los médicos. El paciente evidencia fiebre, fatiga y tos seca son los síntomas “benignos o moderados” que provoca en cuatro de cada cinco casos el nuevo coronavirus SARS-CoV-2. Pero a veces se suma una molestia respiratoria que puede desembocar en un síndrome respiratorio agudo severo. Es el caso para cerca de una de cada cinco o seis personas que necesita una hospitalización para sobrevivir, según la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Las citoquinas son “señales de alarma” del organismo: un agente extraño entra en el cuerpo, se liberan citoquinas y el sistema inmune reacciona y acude a atacar a ese microorganismo extraño (el virus). Sin embargo, cuando hay una tormenta de estas “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 inflamación en órganos más allá de los pulmones. Pero esta hipótesis también tiene deficiencias. Si se compara un paciente agudo de COVID 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 el SDRA. Ambos planteamientos tienen sus evidencias, pero también sus “contraevidencias”, resume Estrada.

Los médicos todavía no pueden explicar el comportamiento del coronavirus en el organismo – REUTERS/Maxim Shemetov.

Una respuesta matemática

Por eso, este investigador propone en este estudio un nuevo análisis que se sume a las hipótesis descriptas, a partir de ecuaciones matemáticas y de la red de interacción de proteínas del cuerpo humano. Para descubrir una ruta plausible, consideró los desplazamientos de proteínas predominantes en los pulmones y cómo interactúan con proteínas en otros órganos.

“Cuando el virus entra en una célula del pulmón introduce su ARN y 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, a una tercera y así sucesivamente”, indica en el estudio científico publicado en la revista Chaos, del Instituto de Física de Estados Unidos.

Según el trabajo publicado en la revista Chaos, un conjunto de 59 proteínas dañadas por el virus serían capaces de viajar desde el pulmón a otros órganos. EFE/Foto cedida por Ernesto Estrada.

Según el experto, para que dos proteínas se encuentren y formen un complejo de interacción, necesitan moverse dentro de la célula de forma subdifusiva, un movimiento que Estrada compara al de un borracho entre una multitud, donde esta supone un obstáculo para el primero. La multitud presenta obstáculos para el borracho, atrofia el desplazamiento y dificulta la llegada al destino. 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.

Estrada y su equipo, encontraron 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 proteínas que saldrían ya dañadas desde el pulmón (un total de 59), causando daño en distintos órganos del paciente, esta vez por COVID. “Hemos hallado cuáles son las proteínas en el pulmón que activarían o perturbarían esas otras proteínas en los órganos. Estas proteínas serían, por tanto, candidatas a blancos farmacológicos”, afirmó Estrada, quien señala que han identificado 12 medicamentos que se podrían usar como inhibidores tanto de las proteínas vulnerables como de sus perturbadores.

“Dirigir algunas de estas proteínas en los pulmones con fármacos existentes evitará la perturbación de las proteínas expresadas en órganos distintos de los pulmones, evitando la falla multiorgánica, que, en muchos casos, conduce a la muerte del paciente”, agregó el científico. Cómo viajan las proteínas afectadas entre órganos sigue siendo una cuestión abierta que Estrada está dedicando para estudios futuros.

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