El equipo de Michael Levin, en la Universidad de Tufts, fijó un estado de voltaje en un grupo de células del intestino de un renacuajo. En ese sitio creció un ojo completo. Nadie insertó un gen del ojo ni trasplantó tejido: se modificó el voltaje de las membranas, y las células construyeron el órgano que corresponde a ese voltaje (Pai et al., Development, 2012).

Toda célula mantiene una diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior de su membrana. Se llama potencial de membrana, se abrevia Vmem, y en el interior de la célula ronda los −50 milivoltios. No pertenece solo a las neuronas y al músculo. La piel, la fascia, el hígado y el intestino lo mantienen igual, y en ellos opera en una escala de minutos a días (Levin & Stevenson, Annu Rev Biomed Eng, 2012).

El voltaje decide si una célula prolifera o se diferencia

El valor del potencial de membrana acompaña al estado en que la célula trabaja. Las células diferenciadas —las que ya hacen su oficio— se mantienen hiperpolarizadas, entre −60 y −90 milivoltios. Las células que proliferan se mantienen despolarizadas, entre −10 y −30 (Sundelacruz, Levin & Kaplan, Stem Cell Rev Rep, 2009). Cone describió desde 1971 un nivel umbral de voltaje que dispara la síntesis de ADN y la entrada en mitosis.

Fig. 1 — El voltaje de membrana y los dos programas de la célula.

La relación se comprueba en dirección inversa. Al despolarizar células con estimulación eléctrica directa, proliferan; al hiperpolarizarlas, se diferencian (Mobini et al., Biotechniques, 2016). El voltaje de la membrana funciona como un regulador con dos posiciones: multiplicarse, o hacer el trabajo del tejido.

Quien mueve ese voltaje son los canales iónicos, y la medicina ya trabaja sobre ellos todos los días. Los fármacos que modifican canales iónicos son el tercer grupo más prescrito del mundo. El genoma humano tiene alrededor de cuatrocientos genes de canales iónicos, y solo una fracción de ellos ha sido abordada con un fármaco (Levin, Cell, 2021). El canal por el que se regula el estado bioeléctrico está abierto y en uso; lo que apenas empieza a explorarse es cuánto de la forma y la función del tejido se gobierna desde ahí.

El patrón de voltaje instruye la forma del tejido

Lo que el ojo del renacuajo muestra no es un caso aislado. Modificar el estado bioeléctrico produce cambios anatómicos específicos, coherentes y repetibles.

En el renacuajo de Xenopus, durante el período en que normalmente ya no regenera, una hora de despolarización inducida desencadena la regeneración completa de la cola —con músculo, médula, epidermis, vasculatura y notocorda— a lo largo de ocho a diez días (Tseng et al., 2010). Veinticuatro horas de modificación del estado bioeléctrico del blastema hacen crecer una extremidad con dedos y uñas en etapas donde ese crecimiento ya no ocurre (Tseng & Levin, Commun Integr Biol, 2013). Y antes de que exista la anatomía de la cara, un patrón bioeléctrico endógeno ya marca dónde irá cada región (Adams et al., J Physiol, 2016).

Dos precisiones delimitan qué es lo que instruye. La primera: lo que desencadena el cambio es el estado de voltaje resultante, no la proteína que lo produjo. El mismo resultado se obtiene con una bomba iónica sin homología con la proteína nativa del animal (Levin, J Physiol, 2014). La segunda: ese estado se impone sobre la instrucción genética en ciertos contextos. Un patrón bioeléctrico breve corrige la morfología, la expresión génica y la capacidad de aprendizaje de un animal con una mutación dominante del gen Notch (Levin, BioEssays, 2024).

Las células comparten su voltaje y forman una red que guarda información

Las células somáticas se conectan entre sí por uniones comunicantes —canales que atraviesan las dos membranas y ponen en contacto los citoplasmas vecinos—. A través de ellas comparten su estado bioeléctrico, y el conjunto se comporta como una red.

Esa red almacena. Una planaria a la que se le manipuló el voltaje conserva una forma de dos cabezas a través de sucesivos cortes, sin ningún cambio en su genoma: la información de la forma está distribuida en la red eléctrica de células acopladas (Levin, 2014).

Esa red también señaliza a distancia. Al amputar una extremidad, aparece una señal bioeléctrica en la extremidad del lado opuesto en unos treinta segundos (Busse, McMillen & Levin, Development, 2018). Es un tiempo demasiado corto para la difusión de una molécula por la sangre. Dos puntos anatómicos distantes conectados por vía bioeléctrica son biología publicada.

Y el estado de la red orienta la resistencia del tejido a la infección: el voltaje de las células condiciona qué patógenos prosperan en esa zona (Paré, Martyniuk & Levin, npj Regen Med, 2017).

El medio que rodea a la célula también está cargado

El voltaje de la célula no ocurre en el vacío. La matriz extracelular —el medio de agua, azúcares y fibras en el que las células están embebidas— tiene carga eléctrica propia y medible.

Tabla 1 — Densidad de carga fija medida en tejidos humanos.

Los glicosaminoglicanos de esa matriz (condroitín sulfato, heparán sulfato, ácido hialurónico) llevan grupos carboxilo y sulfato ionizados al pH del cuerpo. El conjunto genera una carga negativa distribuida por todo el espacio extracelular, la densidad de carga fija, que se mide: de −0.19 a −0.35 molar en el cartílago articular (Lesperance, Gray & Burstein, J Orthop Res, 1992), de 0.4 a 0.5 molar en las redes que envuelven a las neuronas del cerebro (Morawski et al., Sci Rep, 2015).

Esa carga es la que retiene el agua del tejido, la que resiste la compresión, la que concentra cationes y excluye cloro sin gastar energía celular, y la que establece dentro del tejido un pH que puede diferir del pH de la sangre que lo perfunde.

Cuando el microambiente se acidifica, los protones ocupan esos grupos carboxilo y sulfato, la carga negativa disminuye, el potencial dentro del tejido se modifica y la matriz pierde agua. La pérdida de esa carga se detecta antes de que aparezcan signos clínicos por otros métodos (Bansal et al., Osteoarthritis Cartilage, 2010).

El pH informa del estado; el voltaje de membrana lo organiza

El potencial de membrana, el pH y el estado de oxidación-reducción forman un sistema acoplado, y el orden entre ellos está establecido. El voltaje determina qué canales dependientes de voltaje se abren y se cierran; esos canales gobiernan el flujo de hidrogeniones, potasio, sodio, calcio y cloro; el flujo de hidrogeniones fija el pH del interior de la célula; el pH modula el estado redox, y las especies reactivas de oxígeno vuelven sobre el voltaje.

De ahí el lugar exacto del pH en la clínica: es una lectura del estado bioeléctrico, acoplada al voltaje. El pH y el redox informan; el voltaje es lo que organiza.

Esa distinción tiene una consecuencia que se ve en consulta. El estado del microambiente tisular y el de la sangre que lo perfunde son dos cosas distintas y se miden aparte: los análisis de sangre pueden permanecer dentro de rango mientras el microambiente de un tejido está desregulado. Alfred Pischinger describió esa unidad funcional —matriz, fibroblastos, colágeno, fibras nerviosas, capilares y células inmunes— como el sistema de regulación básica del organismo, y Ulm y Weiss la verificaron por histoquímica: los proteoglicanos de la matriz trabajan como intercambiadores iónicos y como tampones estacionarios de protones a lo largo de todo el cuerpo (Fascia Research III, 2014).

El voltaje del muñón predice si la extremidad regenera o cicatriza

Robert O. Becker, cirujano ortopédico e investigador en SUNY Upstate, amputó extremidades de salamandra y midió el voltaje del muñón día a día. Al día siguiente de la amputación el valor pasaba de −10 a +20 milivoltios; después bajaba a −30 y se mantenía ahí dos semanas; y la extremidad se regeneraba. En la rana, que no regenera, el voltaje volvía sin más a su valor negativo en cuatro semanas. El patrón de voltaje predice si el tejido regenera o cicatriza (The Body Electric, 1985).

Becker lo midió con instrumentos analógicos. Levin lo verificó décadas después con técnicas moleculares, y ahora se sabe además qué instruye ese voltaje y por qué canal viaja.

La Regulación Bioeléctrica trabaja en ese canal. El rastreo produce un mapa del estado bioeléctrico del microambiente tisular de un paciente; la aplicación de campos magnéticos estáticos de intensidad moderada facilita el retorno de ese tejido a su rango propio.