El premio Nobel de Fisiología o Medicina 1991 lo compartieron Erwin Neher y Bert Sakmann «por sus descubrimientos sobre la función de los canales iónicos en las células». Hacia 1980 ambos investigadores desarrollaron un método para medir las debilísimas corrientes eléctricas debidas al tránsito de los iones a través de la membrana celular. Confirmaron que dicho tránsito, de importancia crucial para la transferencia de señales en las funciones del cuerpo, tiene lugar a través de canales moleculares que se abren en determinadas condiciones.

Erwin NEHER (1944, Landsberg, Alemania) trabajaba en el Instituto Max Planck de Biofísica Química en Gotinga cuando le concedieron el Nobel. En ese Instituto coincidió con Sakmann cuando, años atrás, preparaban sus tesis doctorales. Actualmente es doctor ‘honoris causa’ por varias universidades, la de Alicante, España, entre ellas.

En su discurso del Nobel, titulado «Canales iónicos para la comunicación entre y dentro de las células», Neher recordó que hacia 1970 ya se conocían los mecanismos fundamentales de la comunicación entre células gracias a los trabajos de Hodgkin, Huxley, Katz y otros citados en la revisión publicada por B. Hille. Aunque no había evidencia directa de la existencia de canales iónicos en las membranas biológicas, dijo, sí se conocían en preparaciones experimentales que imitaban las membranas de las células vivas, formadas por moléculas de lípidos con extremos polares. Neher hizo una relación de las dificultades que tuvieron que vencer para obtener información a partir de las muchas señales eléctricas procedentes de una multitud de células excitables eléctrica y químicamente. Utilizaron micropipetas de vidrio con forma de pinza (‘patch clamp’) entre cuyos extremos mantuvieron una minúscula porción de membrana celular estableciendo así una fuerte conexión mecánica entre la pipeta y la membrana. Procuraron disminuir el excesivo ruido de fondo empleando amplificadores electrónicos mejorados. La célula podía cargarse con diversas sustancias a través de la pipeta, iones u otras, posibilitando las medidas sin disturbar los procesos, para obtener datos con el mayor control experimental posible de los canales de cada tipo de ion. Así fueron capaces de caracterizar con buena amplitud y resolución los canales para Na+, K+, Ca2+ y Cl-. Los canales de sodio eran relativamente robustos, pero los de calcio desaparecían rápidamente por la perturbación de la medida, dijo Neher. Añadió que una propiedad espectacular de las medidas con pipeta de gran resistencia óhmica es su alta sensibilidad: con ellas se registran no solo corrientes sino también la capacitancia eléctrica de la membrana, que es una medida del área superficial de la célula. Esta área aumenta cuando se produce una secreción masiva de vesículas, posiblemente debido a la incorporación de la membrana de la vesícula a la membrana plasmática. Las medidas de capacitancia son de alta resolución y, al tiempo, de reducido ruido de fondo. También dijo que, desafortunadamente, las terminales nerviosas no son accesibles a la clase de investigaciones biofísicas aquí descritas para la evaluación de la secreción de iones calcio.

Bert SAKMANN (1942, Stuttgart, Alemania) estudió medicina e hizo el doctorado en electrofisiología. Se casó y le conocían por el marido de la oftalmóloga. Quizá por la influencia de su esposa se interesó por el modelo de reconocimiento del sistema visual y de ahí pasó, con Neher, a la medida de las conexiones sinápticas. Cuando tuvo la oportunidad de tener su propio laboratorio (por ser catedrático) en Gotinga se le unió Neher. Este había elucidado que el proceso de secreción de diferentes sustancias (histamina, adrenalina, insulina y otras): ocurre cuando se funden las membranas de célula y vesícula. Junto con Sakmann aclararon varios mecanismos de secreción, por ejemplo, cómo se mantiene el nivel de insulina en sangre merced a las interacciones de los iones calcio con la hormona y el ATP; un proceso que se descompensa en la diabetes. Cuando le concedieron el Nobel, Sakmann trabajaba en el Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg.

En su discurso de aceptación del premio Nobel, titulado «Pasos elementales en la transmisión sináptica revelados por las corrientes a través de los canales iónicos simples», Sakmann comenzó haciendo una exposición clara y completa del conocimiento de la transmisión de señales en el sistema nervioso. La membrana de la célula, dijo, es una barrera para la difusión y un aislante eléctrico, lo que permite la existencia de células con funciones especializadas. Para comunicarse, las células deben tener un mecanismo que permita que la membrana pueda ser atravesada: se conectan con rapidez mediante la sinapsis. La señal sináptica se usa preferentemente entre células del sistema nervioso y células de los órganos periféricos responsables de la traducción de sensaciones y de la actividad secretora y motora. La transmisión sináptica incluye un paso químico en el que se libera el transmisor desde la célula presináptica y actúa sobre los receptores de la célula postsináptica. El receptor es parte de un canal iónico y, debido a la ocupación del transmisor, genera un breve flujo de iones a través de la membrana postsináptica, lo que provoca un cambio en el potencial de dicha membrana. El flujo de iones es, realmente, la señal que inicia la respuesta celular. El tamaño, la duración, la dirección y la naturaleza del flujo de iones inicia o reduce la actividad eléctrica de la célula. La respuesta celular puede también estar determinada por el cambio en las concentraciones intracelulares de los iones, en particular de los iones calcio, que actúan como un segundo mensajero en muchas respuestas, sean de contracción o de secreción.

La sinapsis prototípica es la unión neuromuscular. En ella, la terminal del nervio de una neurona motora libera acetilcolina y genera potenciales de placa (EPP) que a su vez activan conductancias sensoriales para que se transmita excitación a otras partes de la fibra muscular. La corriente fluye a través de las placas, inducida por la liberación de paquetes de acetilcolina, mediante un conjunto de pequeños ‘sucesos elementales’. Hay evidencia de que la superposición de dichos sucesos se da también en otras sinapsis, no solo en las neuromusculares. Bert Sakmann describió en su discurso las propiedades de las corrientes (sucesos) elementales en los potenciales postsinápticos y las enlazó con sus condicionantes moleculares. Dijo que las medidas del ‘patch clamp’ se aplican de manera rutinaria combinándolas con la intervención del ADN mensajero y la fluorimetría para caracterizar los detalles de los sucesos sinápticos entre células, Así, las medidas de las corrientes elementales permiten la interpretación biofísica simplificada de las señales eléctricas que subyacen en la rápida comunicación celular a través de las sinapsis y pueden ser parcialmente comprendidas en términos moleculares. Las medidas de la conductancia en canales simples han permitido poner de manifiesto numerosos canales del receptor y segundos canales del mensajero en las neuronas del sistema nervioso central (SNC).

Sakmann terminó su alocución hablando de perspectivas. Dijo que la caracterización de los tipos de canales iónicos de las dendritas de las neuronas del SNC es necesaria para entender su función: la generación de patrones de actividad eléctrica que resultan de los potenciales de placa internos y externos. Igual de importante es la caracterización de los canales iónicos responsables de la actividad eléctrica de las terminales de los nervios. Añadió que confiaba en que las pipetas ‘patch clamp’ dieran las soluciones relativas a estas necesidades, que son un prerrequisito para entender cómo los cambios en la transmisión sináptica pueden contribuir a los cambios en la conexión entre neuronas durante los estados normales y patológicos.