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Una nueva metodología permite ver los flujos del metabolismo en las células

Un grupo de investigadores españoles ha desarrollado una nueva metodología que explota la técnica de la resonancia magnética nuclear para estudiar el metabolismo. Se trata de una herramienta que permite controlar los flujos metabólicos de forma que, en solo diez minutos, se puede obtener información dinámica de un gran número de moléculas. Esto puede ser útil en aplicaciones futuras sobre el desarrollo de determinadas enfermedades.

En esta imagen gráfica se simulan los flujos del metabolismo en las células, con los nutrientes marcados con un isótopo estable que permiten estudiar los flujos y las dinámicas de transformación de estos nutrientes. / URV

Si durante unos días hacemos fotografías de las paradas del metro de Barcelona, podremos ver cuántas personas esperan, conocer cuáles son las horas punta o deducir por qué unas estaciones están más llenas que otras. Pero no sabremos si ha pasado algo entre parada y parada que haya provocado que en un momento dado se acumule más gente en los andenes, o qué ha podido provocar retrasos importantes. Pues esto es lo que pasa cuando se estudia el metabolismo de una célula.

El metabolismo celular es como una red de metro en la que las estructuras químicas de los metabolitos pasan de una parada a otra mediante transformaciones bioquímicas. Hasta ahora, se podía determinar la cantidad de metabolitos en una célula, en un tejido o en un organismo, pero estudiar los flujos era técnicamente complicado y costoso en el tiempo.

Ahora, investigadores de la Universitat Rovira i Virgili (URV), el Centro de Investigación Biomédica en Red de Diabetes y Enfermedades Metabólicas Asociadas (CIBERDEM) y el Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB) han creado una nueva herramienta que permite estudiar esto.

Las técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) utilizadas hasta el momento cubrían pocos metabolitos. Además, los expertos podían pasar muchas horas midiendo cada muestra y los datos eran difícil de interpretar. La nueva aproximación es muy rápida —diez minutos por muestra— y se obtienen muchos más metabolitos y con unos resultados mucho más fáciles de interpretar. Es decir, se puede saber de manera mucho más rápida y efectiva qué movimiento hace el metabolismo.

Se trata de una metodología en la que midiendo los átomos de hidrógeno (protones) determina indirectamente la cantidad de átomos de carbono marcados en las estructuras químicas de los metabolitos. El diseño del experimento consiste en marcar un nutriente utilizado por las células para alimentarse, como la glucosa o los aminoácidos, con un isótopo estable.

Esta técnica introduce una nueva manera de estudiar los mecanismos que hacen que tejidos del organismo no puedan regular los niveles de glucosa o se vuelvan insensibles

Los isótopos estables como el carbono 13 no son radiactivos y no suponen ningún peligro para los organismos ni para las personas que manipulan las muestras.

Mediante la medida del protón por RMN, que es mucho más rápida y sensible que la del carbono, se pueden estudiar los flujos y las dinámicas de transformación de estos nutrientes dentro de la célula. De momento, la eficacia de esta nueva técnica se ha validado utilizando células de cáncer humano, pero es directamente aplicable a cualquier modelo biológico.

Por qué tenemos determinadas enfermedades

En la diabetes –un síndrome de metabolismo alterado—, por ejemplo, el fenómeno se inicia mucho antes de que aumenten los niveles de glucosa en sangre, ya que el cuerpo utiliza muchos mecanismos y compensaciones para mantener estables los niveles de este nutriente. Ahora bien, cuando se empiezan a ver niveles de glucosa altos en sangre es que la enfermedad está avanzada.

Esta nueva técnica introduce una nueva manera de estudiar los mecanismos que hacen que determinados tejidos del organismo, por ejemplo células del hígado o páncreas, no puedan regular los niveles de glucosa o se vuelvan insensibles. Es decir, el estudio de los flujos metabólicos ayuda a entender mejor los motivos iniciales y el mecanismo por el cual se desarrolla una patología y, por lo tanto, también permite diagnosticarla.

En definitiva, se trata de una metodología con la que clínicos y biólogos moleculares podrán entender mejor determinadas enfermedades. Esta nueva técnica, además, deja de lado el uso de la radiactividad en el estudio del metabolismo, como se había hecho históricamente.

En este artículo, publicado en la revista científica Angewandte Chemie, se demuestra el resultado en células de cáncer, pero los investigadores aseguran que se puede dar glucosa, aminoácidos o grasas marcadas con isótopos estables a otras células o incluso animales. El hecho de que no sean radiactivos facilita enormemente poder trabajar, puesto que no hacen falta condiciones especiales en el laboratorio.

Para llevar a cabo este trabajo, los investigadores han utilizado la RMN de una manera diferente a cómo se ha hecho hasta ahora para estudiar el metabolismo. Maria Vinaixa, investigadora de la URV y en la actualidad en la Universidad de Manchester, y Òscar Yanes, investigador de la URV y coordinador de la Plataforma de Metabolómica del CIBERDEM, explican que con esta metodología “explotamos al máximo la resonancia magnética nuclear en cuanto a sensibilidad y cobertura del metabolismo”, y consideran que “es difícil llevarlo más allá”. Ahora, la limitación es la misma resonancia.

Referencia bibliográfica:

Vinaixa, M., Rodríguez, M. A., Aivio, S., Capellades, J., Gómez, J., Canyellas, N., Stracker, T. H. and Yanes, O. (2017), Positional Enrichment by Proton Analysis (PEPA): A One-Dimensional 1H-NMR Approach for 13C Stable Isotope Tracer Studies in Metabolomics. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201611347

Fuente: URV
Derechos: Creative Commons
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