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Investigadores españoles han logrado moléculas fotoconmutables para controlar de forma remota y no invasiva la interacción entre proteínas. Estas herramientas servirán de prototipo para desarrollar medicamentos fotoconmutables, cuyo beneficio sería restringir a una región y tiempo determinados el efecto de un compuesto, reduciendo los efectos secundarios en otras regiones.
La cooperación científica entre químicos, biotecnólogos, farmacólogos y físicos de distintas instituciones catalanas, liderados por Pau Gorostiza, del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) y Ernest Giralt, del Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) ha dado como fruto un avance que favorecerá el desarrollo de moléculas terapéuticas reguladas con luz.
El desarrollo, publicado hoy online en la revista alemana Angewandte Chemie, ha recibido también la consideración de 'very important paper', que únicamente logran un 5% de los artículos aceptados. Además, será portada en el próximo número de la revista en julio.
El laboratorio liderado por Giralt ha creado dos péptidos (proteínas pequeñas) que al ser irradiados con luz cambian de forma permitiendo o evitando la interacción entre dos proteínas. La asociación de estas dos proteínas es necesaria para que ocurra la endocitosis, proceso por el cual las células permiten el acceso de componentes hacia su interior a través de la membrana celular.
“Los péptidos fotosensibles actúan como semáforos que a nuestra voluntad dan luz verde o frenan la endocitosis celular. Son desde ya una herramienta muy potente para la biología celular”, explica Giralt. “Estas moléculas nos permiten usar luz focalizada como si fuera una 'varita mágica' para controlar procesos biológicos e interrogarlos”, añade Gorostiza, jefe del grupo Nanosondas y nanoconmutadores en el IBEC.
Los investigadores destacan la aplicabilidad inmediata para estudiar, por ejemplo, la endocitosis in vitro en células cancerosas –donde este proceso está descontrolado– lo que permitiría inhibir selectivamente la proliferación de estas células. También para estudiar la biología del desarrollo –donde las células requieren de la endocitosis para modelar su morfología y función celular, procesos que están orquestados con gran precisión espacio-temporal–.
En este contexto, los péptidos fotosensibles permitirán manipular con patrones de luz el complejo proceso de desarrollo de un organismo multicelular. “A la vista de los resultados, ahora trabajamos para obtener una receta general para diseñar péptidos inhibidores fotoconmutables aplicable a otras interacciones entre proteínas para manipularlas con luz dentro de las células”, avanzan los investigadores.
Hacia las moléculas terapéuticas reguladas con luz
“Este primer éxito nos permitirá generar el mismo tipo de péptidos para trabajos con una orientación químico-médica”, dice Giralt. Gorostiza es quien propuso la idea de manipular con luz procesos biológicos y farmacológicos tras cinco años de especialización en la Universidad de California en Berkeley: “las aplicaciones terapéuticas más inmediatas las podríamos esperar para patologías de tejidos superficiales como la piel, la retina o las mucosas más externas”.
La manipulación de procesos biológicos con luz está generando herramientas revolucionarias para la biología y la medicina y abriendo nuevos campos de estudio como la optofarmacología y la optogenética. La combinación de fármacos con dispositivos externos de control de luz puede contribuir al desarrollo de la medicina personalizada en la que las terapias se pueden modular en función de cada paciente, restringir a regiones localizadas por un tiempo determinado, reduciendo sensiblemente los efectos indeseados.
Mejoras en láseres e ingeniería química
Para avanzar en el desarrollo de fármacos fotosensibles, hay que mejorar la respuesta fotoquímica de los compuestos y poder estimular con longitudes de onda visibles. “La iluminación prolongada con luz ultravioleta es tóxica para las células y es una limitación evidente, a lo que se suma la escasa capacidad de penetración en el tejido”, pone como ejemplo Giralt.
También hay que hacer pasos hacia una mejor fotoconversión de los compuestos y hacia la estabilidad en la oscuridad para “según interese, diseñarlos de tal modo que se relajen rápidamente cuando se deje de irradiar luz o para que 'recuerden' durante horas o días la luz que los ha iluminado”, añade Gorostiza.
En este trabajo también han colaborado investigadores de la Plataforma de Microscopia Digital Avanzada del IRB Barcelona, quienes han diseñado un programa adhoc para poder validar cualitativa y cuantitativamente la acción de los péptidos dentro de las células en tiempo real. Asimismo, el equipo ha contado con el apoyo en biología del grupo de Artur Llobet del IDIBELL.
Referencia bibliográfica:
Laura Nevola, Andrés Martín-Quirós, Kay Eckelt, Núria Camarero, Sébastien Tosi, Artur Llobet, Ernest Giralt and Pau Gorostiza. "Light-regulated Stapled Peptides to Inhibit Protein-protein Interactions Involved in Clathrin-mediated Endocytosis". Angewandte Chemie (2013) DOI: 10.1002/anie.201303324
Hasta ahora, esta especie había sido confundida con otras muy similares. Ha sido identificada gracias al uso de técnicas moleculares, y se suma a las tres especies de cangrejo ermitaño, una de cangrejo guisante y otra de cangrejo araña también descritas en los últimos seis años en esta zona y por el mismo equipo.
Un nuevo estudio indica que esta capacidad de los seres vivos de producir luz mediante reacciones químicas surgió en un grupo de invertebrados marinos, llamados octocorales. Los resultados retrasan en casi 300 millones de años el récord anterior de la aparición más antigua de este rasgo luminoso en animales.
