miércoles, 29 de abril de 2009

Nuevos conceptos para el desarrollo de compuestos antitumorales

Maria-Grazia Mendoza-Ferri

Cáncer es la segunda causa de mortalidad en los países desarrollados después de las enfermedades cardiovasculares. El tratamiento más común de esta enfermedad reposa en metodologías tales que la intervención quirúrgica, terapias a base de irradiaciones a alta energía (radioterapia) así que la utilización de compuestos químicos (quimioterapia); todos estos afín de eliminar las células cancerigenas en el organismo. Recientemente, nuevas estrategias tales que la utilización de componentes biológicos afín de inducir una reacción inmunitaria contra las células cancerigenas, forman parte de los estudios de experimentación actuales.
Tradicionalmente, la quimioterapia reposa en la utilización de compuestos químicos a base de Platino; un Metal que históricamente fue asociado a la inhibición de la división celular cuando este se encontraba en una solución de cloruro de Amonio durante una experiencia de cultivo de bacterias en un campo eléctrico. Este experimento llego a elucidar un compuesto químico presentando actividades antitumorales y que desde entonces es conocido comúnmente como Cisplatino. Desde 1978 este compuesto ha sido utilizado ampliamente en el tratamiento de esta enfermedad, pero con el tiempo se a encontrado que sus propiedades antitumorales son eficaces en ciertos tipos de casos (cancer de testículos, de ovarios, etc.) y que presenta efectos colaterales bastante nefastos para el organismo (vómitos, toxicidad neuronal, toxicidad renal, etc.).
Debido a estas limitaciones, la investigación en este campo busca continuamente la identificación de nuevos compuestos químicos capaces de presentar actividades antitumorales pero limitando los efectos colaterales en el organismo. Entre las estrategias a este fin, la utilización de otros metales tales que el Galio, el Oro así que el Rutenio, solo por citar algunos, son actualmente en estudio. Por otro lado, la creación de compuestos híbridos en los cuales moléculas orgánicas capaces de modificar la hydrofobicidad de la molécula son adjuntados al Metal correspondiente para así facilitar la penetración celular así que aumentar su estabilidad dentro de sistemas biológicos.
En esta perspectiva, durante mi tesis de doctorado en el grupo del Dr. Bernhard K. Keppler en la Universidad de Viena-Austria, e desarrollado compuestos químicos presentando dos centros metálicos a base de Rutenio, enlazados a través de una cadena carbonada de longitud variable. Experimentos in vitro de mortalidad celular demostraron una correlación directa entre la longitud de la cadena carbonada y la eficacidad del compuesto a inducir la muerte celular. Además, la presencia de dos centros metálicos demostraron un aumento en la eficacidad de inducción de muerte celular (entre 2 a 6 veces dependiendo el modelo celular utilizado) con respecto al sistema clásico a un centro metálico. Sorprendentemente, estos nuevos compuestos presentan un IC50 menor (entre 3 a 15 veces de diferencia dependiendo del tipo de modelo celular utilizado) comparado a aquel caracterizado para el cisplatino. Actualmente, estos compuestos son evaluados en modelos animales afín de establecer no solamente su eficacidad antitumoral, pero también sus posibles efectos colaterales en el organismo. Por otro lado, estudios a nivel molecular demostraron que estos compuestos son capaces de crear conexiones entre dos moléculas de ADN, así que su capacidad de interactuar con proteínas tales que los histones.
Este trabajo puso en evidencia las múltiples alternativas existentes en el proceso de concepción de nuevos compuestos afines antitumorales. En efecto, tanto la utilización de diferentes metales como centro de coordinación, así que la introducción de mas de un centro metálico en la estructura de la molécula combinado con la variabilidad del carácter hydrofobico de esta, permite la elaboración de compuestos capaces de sobrepasar las limitaciones existentes en los compuestos actualmente utilizados a estos fines.

lunes, 13 de abril de 2009

Más allá del problema de la Torre de Babel.

Este fin de semana tuve la oportunidad de participar en la reunión inicial de un consorcio multidisciplinarlo en la ciudad de Nápoles, Italia. El objetivo principal de dicho consorcio es el de desarrollar un método alternativo para el estudio de la interacción ADN-proteínas que forman parte de los eventos moleculares que tienen lugar en todo sistema celular. En efecto, la metodología actual, conocida como inmuno-precipitación de la cromatina (ChIP del ingles chromatin inmuno-precipitation) utiliza compuestos químicos como el formaldehído capaces de crear enlaces covalentes entre los grupos amino y los grupos carboxilo que forman parte de las proteínas y el ADN. La particularidad del formaldehído es su capacidad de atravesar la membrana celular y así poder acceder a la cromatina a fin de poder inducir este tipo de interacciones estables. Una vez que las interacciones ADN-proteínas son estabilizadas, la proteína de interés es precipitada a través de la utilización de anticuerpos específicos. Finalmente, la interacción entre la proteína de interés y el ADN es analizada por métodos de amplificación especifica (por ejemplo a través de una PCR cuantitativa) en el caso de que se tenga una idea de la región de interacción, o a través de la utilización de métodos de analisis global como la utilizacion de microarreglos (ChIP on chip) o por medio de métodos de secuenciación de todo el material inmuno-precipitado afín de identificar estos sitios de interacción (conocidos como ChIP-sequencing).
La técnica de immuno-precipitacion de la cromatina depende primordialmente de la utilización de anticuerpos bastante específicos, pero también de la calidad de la preparación de la cromatina a ser precipitada. Si bien la utilización de formaldehído como agente de fijación de la interacción entre las proteínas y el ADN permite obtener rendimientos bastante altos, este tipo de tratamiento también presenta algunos inconvenientes; por ejemplo, este produce enlaces covalentes entre proteínas, por lo que eventos de interacción indirecta de una proteína X, através de otra Y, con el ADN no pueden ser necesariamente excluidos durante el análisis. Por otro lado, dicho tratamiento es en general realizado en muestras multicelulares y durante un tiempo de incubación bastante largos (entre 10 a 30 minutos) lo cual impide el estudio de eventos moleculares a nivel unicelular que podrían presentar un tiempo de vida bastante corto.
El consorcio Atlas esta compuesto por un grupo multidisciplinarlo europeo de químicos, físicos, biólogos e informáticos, provenientes tanto del sector académico pero también del sector industrial. El objetivo previsto consiste en la inducción de enlaces covalentes entre la proteína de interés y el ADN en sistemas biológicos através de la utilización de un proceso de excitación fotónica (Photo-crosslinking). La motivación principal es la de poder mejorar tanto la especificidad (la excitación fotónica prevista pasa por la excitación de las bases nucleicas las cuales formaran enlaces covalentes con las proteínas que se encuentran en contacto directo al momento de la excitación) así como la sensibilidad de la técnica de inmuno precipitación de la cromatina (sensibilidad tanto debido a la utilización de una técnica que produce menos daños colaterales como en el caso del formaldehído donde los sitios antigénicos a ser reconocidos por el anticuerpo en cuestión son inactivados de forma proporcional al tiempo de incubación; y por otro lado, la capacidad de estudiar eventos moleculares que tienen lugar en un intervalo de tiempo inferior ya que el proceso de fijación fotónica necesita apenas algunos segundos).
Es a este punto que el concepto de un grupo de trabajo multidisciplinarlo toma importancia. En efecto, la empresa "Light Conversion", localizada en Lituania, en conjunto con un grupo de físicos de la Primera Universidad de Napoles-Italia trabajaran en el desarrollo de un aparato capaz de permitir irradiaciones láser de muestras biológicas para la formación de los enlaces covalentes entre ADN y las proteínas de interés. Por otro lado, otra empresa localizada en Upsala-Suecia, "Sigolis", especializada en sistemas de micro fluidos, tiene el importante rol de desarrollar un sistema que permita circular las células de interés dentro un microsistema que será combinado con el sistema de irradiación láser afín de permitir la excitación fotónica a nivel unicelular. Por otro lado, un grupo de físicos teóricos localizados en Rumania junto con un equipo de químicos en España se ocuparan del estudio tanto teórico como practico de los diferentes productos intermediarios así que finales que se pueden esperar durante el proceso de excitación fotónica. Finalmente, tres laboratorios dedicados a la biología celular y/o molecular localizados en Italia, en Holanda y en Francia tenemos como rol el de primeramente complementar los estudios de optimización de las condiciones para la utilización de sistema de irradiación fotónica esta vez en muestras celulares, y mas tarde incluir la utilización de dicho sistema en el estudio de eventos moleculares tal que la organización de la cromatina así que la regulación de expresión genética.
Uno de los primeros obstáculos a afrontar es la comunicación entre grupos provenientes de áreas que a priori parecen tan lejanas como la física, química o biología; acentuada por el hecho de reunir organismos provenientes del sector académico con aquellos del sector industrial.
Al final de la reunión, los diferentes grupos demostraron ser capaces de ir mas allá del problema de la torre de babel, esto a través de la identificación de los objetivos conjuntos a alcanzar tanto a corto plazo pero con una visión de un objetivo final, aquel de poder aportar un nuevo útil para el estudio de eventos moleculares en el mundo de la biología celular.