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| Laura Nevola, investigadora postdoctoral del laboratorio del Dr. Giralt |
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 de
referencia internacional en química, 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 del IRB Barcelona “Diseño, síntesis
y estructura de péptidos y proteínas” liderado por el Dr. Giralt, también
catedrático de la Universidad de Barcelona y Premio Nacional de Investigación
en 2011, 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 se dé la
endocitosis, proceso por el cual las células permiten el acceso de componentes
hacia su interior a través de la membrana celular. La científica italiana Laura
Nevola, investigadora postdoctoral del laboratorio del Dr. Giralt, y Andrés
Martín-Quirós, estudiante de doctorado del laboratorio de Dr. Gorostiza, han
trabajado durante cuatro años en el diseño de los péptidos fotosensibles y son
co-autores del artículo.
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| Ernest Giralt, del Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) |
“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 el Dr. Giralt.
“Estas moléculas nos permiten usar luz focalizada como si fuera una “varita
mágica” para controlar procesos biológicos e interrogarlos”, añade el físico
Pau Gorostiza, profesor ICREA y 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 la optofarmacología o 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. El Dr. Gorostiza es quien propone la idea de manipular con luz procesos
biológicos y farmacológicos tras cinco años de especialización en la
Universidad de California en Berkeley. Coordinador del proyecto ERC Starting
Grant “OpticalBullet (Bala Óptica)” y del ERC Proof of Concept “Theralight”, en
los que colabora con el laboratorio de química de Giralt, explica que “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.
“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 del Dr. Artur Llobet del IDIBELL.
Artículo de referencia:
Light-regulated Stapled Peptides to Inhibit
Protein-protein Interactions Involved in Clathrin-mediated Endocytosis
Laura Nevola, Andrés Martín-Quirós, Kay Eckelt,
Núria Camarero, Sébastien Tosi, Artur Llobet, Ernest Giralt and Pau Gorostiza
Angewandte Chemie (2013) DOI: 10.1002/anie.201303324