Una navaja suiza para la celda
Los investigadores combinan la química y la biología celular para crear una herramienta innovadora para la investigación biomédica
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Una llave que solo encaja en la cerradura con luz… y que, además, trae consigo otras herramientas: investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg (FAU) han desarrollado un inhibidor versátil en un trabajo interdisciplinar de química y biología. Esta «navaja suiza» molecular puede activarse de forma selectiva con luz, rastrearse en células vivas y ampliarse con funciones adicionales. De este modo, abre nuevas posibilidades para la investigación biomédica y, a largo plazo, también para el desarrollo de medicamentos más precisos. El estudio «A Multifunctional and Secure Photoresponsive Proteasome Inhibitor to Control Cell Fate» se ha publicado en la revista Journal of the American Chemical Society.
¿Cómo se puede controlar un principio activo desde el exterior?
Lo ideal es que un medicamento actúe únicamente donde se necesita. En la realidad, esto resulta difícil. Los principios activos se distribuyen por el organismo y, además de afectar a su objetivo real, pueden dañar tejido sano y provocar efectos secundarios no deseados. Por ello, el Prof. Dr. Henry Dube y la Prof. Dra. Esther Zanin, de la FAU, siguen un enfoque diferente: quieren controlar el efecto de una sustancia desde el exterior, mediante la luz.
¿Qué ocurre cuando se detiene la «máquina de reciclaje» de la célula?
Dube es químico y desarrolla moléculas cuyo comportamiento puede controlarse mediante la luz. Zanin es bióloga celular e investiga cómo se dividen las células y qué procesos moleculares hay detrás de ello. Para su trabajo actual, ambos han aunado sus conocimientos especializados, junto con Manuel Valentin (doctorando del grupo de Dube) y David Féval (estudiante de máster del grupo de Zanin). El resultado es una especie de navaja suiza a escala molecular.
El punto de partida es un inhibidor llamado MG132. Su objetivo es el proteasoma, una especie de máquina de reciclaje de cada célula. Este descompone las proteínas que ya no son necesarias en sus componentes, que posteriormente pueden reutilizarse. Este reciclaje es vital y también desempeña un papel decisivo en la división celular. Si se bloquea el proteasoma, los procesos fundamentales se desajustan, lo que, en última instancia, provoca la muerte de la célula.
¿Cómo consigue una molécula un interruptor de luz?
El MG132 funciona como una llave que encaja en una cerradura concreta. Los investigadores han modificado precisamente esa llave. «En cierto modo, le hemos puesto una tapa», explica el profesor Dr. Henry Dube, titular de la Cátedra de Química Orgánica I del Departamento de Química de la FAU. «Con esta tapa, la llave ya no encaja en la cerradura y el inhibidor permanece inactivo. Solo cuando lo iluminamos con luz, la tapa se desprende. La llave vuelve a encajar y puede bloquear el proteasoma».
Este principio forma parte de un campo de investigación emergente: la fotofarmacología. La idea es que los principios activos no estén activos constantemente y en todas partes, sino que se activen con la mayor precisión posible justo donde y cuando se necesite su efecto. A largo plazo, esto podría ayudar, por ejemplo, en las terapias contra el cáncer a preservar el tejido sano. Por ahora, todo esto es música del futuro: los investigadores de Erlangen no han desarrollado ningún medicamento, sino que han estudiado el principio subyacente en células.
¿Qué fiabilidad tiene la «tapa» molecular?
Han podido demostrar que su «tapa» se mantiene en su sitio con una fiabilidad inusual. Sin luz, el inhibidor permanece inactivo incluso durante largos periodos de tiempo. Por el contrario, tras la irradiación con luz, se libera, bloquea el proteasoma e impide la degradación de determinadas proteínas. Finalmente, las células tratadas mueren.
Sin embargo, el interruptor de luz no es más que una herramienta de esta navaja suiza molecular. Dube y Zanin han incorporado además un sitio de acoplamiento. Allí se pueden fijar otros componentes moleculares. En el estudio utilizaron un colorante fluorescente. De este modo, pudieron seguir bajo el microscopio dónde se encontraba su inhibidor en la célula viva.
La luz como mando a distancia para un proceso celular
Para la profesora Esther Zanin, titular de la cátedra de Dinámica Celular Molecular Experimental en el Departamento de Biología de la FAU, eso es precisamente lo decisivo: «No solo podemos determinar cuándo se activa nuestro inhibidor. También podemos observar al mismo tiempo dónde se encuentra en la célula y qué ocurre tras la activación. De este modo, disponemos de una herramienta de precisión con la que se pueden estudiar los procesos biológicos de forma muy específica, tanto en el tiempo como en el espacio».
Esto resulta interesante, por ejemplo, para la investigación de la división celular. Esta consiste en numerosos pasos perfectamente coordinados entre sí, en los que las proteínas se sintetizan y se degradan. Con un inhibidor controlable por luz, este proceso puede interrumpirse de forma selectiva en puntos concretos. De este modo, la luz se convierte, en cierto sentido, en un mando a distancia para un proceso biológico.
¿Qué más se puede añadir a esta «navaja molecular»?
El colorante fluorescente es solo un primer ejemplo. En el futuro, también se podrían acoplar otros componentes al sitio de unión adicional, como moléculas que dirijan el inhibidor de forma selectiva a determinadas zonas de una célula, o posiblemente un segundo principio activo. «Si añadimos algo a nuestra llave, por supuesto no debemos modificarla de tal manera que al final ya no encaje en la cerradura», afirma Dube. «Ahí radica precisamente el reto, pero también el gran potencial de este sistema modular».
Herramienta de investigación hoy, medicamento del mañana
La investigación aún está muy lejos de su aplicación en pacientes. Sin embargo, precisamente como herramienta para la investigación básica, la molécula ya abre numerosas posibilidades. Y, a largo plazo, este trabajo apunta a una idea más amplia: algún día, los principios activos podrían no solo reconocer un objetivo en el organismo, sino también ser controlables desde el exterior, proporcionar información sobre su ubicación y asumir otras tareas.
¿Qué surge cuando la química y la biología se unen?
Esto es posible gracias a la unión de dos mundos de investigación. «Venimos de ámbitos muy diferentes», afirma Zanin. «Por un lado está la química, que es la que puede construir y controlar este tipo de moléculas. Por otro lado está la biología, que puede investigar las distintas funciones de esta “navaja suiza” en las células vivas. Solo cuando ambas se unen surgen estas nuevas posibilidades».
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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