Química: moléculas y partículas para la biomedicina

No es usual que en los centros donde básicamente trabajan médicos y biólogos haya un departamento de química. Pero este departamento es precisamente uno de los pilares del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona.

© Òscar Julve

En una de las mesas del laboratorio hay unas pequeñas esferas unidas por unos bastoncillos. Es el sistema tradicional de construir modelos para estudiar la estructura y algunas características de las moléculas. No obstante, la mayoría de los investigadores trabajan con los modelos tridimensionales que aparecen en las pantallas de los ordenadores. Los observan, les dan la vuelta, se preguntan qué pasaría si modificaran alguna parte… Y, cómo no, también se puede observar lo que la gente imagina cuando piensa en los químicos: personas con bata blanca mezclando sustancias. En el espacio central, aislado, se desarrolla uno de los trabajos básicos: aquí se sintetizan pequeños péptidos, es decir, proteínas formadas por una cadena corta de aminoácidos.

Es uno de los laboratorios del departamento de Química del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona). El IRB fue fundado en el año 2005 por la Generalitat de Catalunya y la Universidad de Barcelona y está ubicado en el Parque Científico de Barcelona. No es usual que en los centros donde básicamente trabajan médicos y biólogos haya un departamento de química. Sin embargo, este es uno de los pilares que sostienen el IRB, junto con la biología celular y estructural, la medicina molecular y la oncología.

Para Xavier Salvatella, químico de formación e investigador ICREA que dirige un grupo de investigación en biofísica molecular, “esta es una de las características que diferencia al IRB de otros centros. Tiene dos ventajas. La primera es práctica, porque a menudo la investigación que se lleva a cabo implica disponer de moléculas que se pueden convertir en fármacos, así como tener expertos en síntesis para obtenerlas. La segunda es de concepto: la visión de los químicos suele ser más mecanicista, y eso hace que, junto a los planteamientos de médicos y biólogos, se confiera a los proyectos una gran originalidad. Nos fuerza a buscar reacciones químicas o cambios estructurales que están en la base de lo que observamos a escala biológica”.

Precisamente la profundización en la comprensión de los fenómenos biológicos ha proporcionado más protagonismo a la química. A medida que las ciencias biomédicas explican las bases moleculares de las enfermedades, la química puede participar de modo más directo en la investigación, buscando moléculas que tengan una determinada actividad o que intervengan en un proceso concreto. Conocer por qué se produce la metástasis en el cáncer o qué proteínas están implicadas en un proceso determinado abre la puerta a investigar cómo interferir en estos fenómenos.

© Albert Armengol
Ernest Giralt, coordinador del programa de Química y Farmacología Molecular del IRB Barcelona.

Para Ernest Giralt, coordinador del programa de Química y Farmacología Molecular del IRB y catedrático de la Universidad de Barcelona, su actividad se canaliza a través de tres contribuciones: “En primer lugar, diseñando moléculas pensadas para interactuar con otras a partir de uniones débiles –es decir, sin acabar de formar un nuevo compuesto con una unión más fuerte–. La suma de estas interacciones débiles es suficiente para proporcionar una actividad que modifique algunos procesos. Y, además, conseguimos que sean muy selectivas y actúen solo en los lugares que queramos y del modo que nos interese”.

Según explica el científico, la segunda contribución esencial del departamento tiene como objetivo las estructuras de proteínas: “Hasta hace poco se asociaba la función biológica de una proteína a una estructura determinada, pero ahora sabemos que algunas actúan sin una estructura bien definida. Ello permite utilizarlas para que actúen sobre objetivos diversos. Y la química computacional –el uso de los modelos informáticos– ayuda a conocer su mecanismo”.

Finalmente, Giralt destaca que en la actualidad los químicos son capaces de diseñar y sintetizar cualquier molécula, por compleja que sea, porque se le suponga una acción farmacológica o simplemente porque sea necesaria para llevar a cabo un experimento. Las propuestas que realiza su departamento no tienen más límites, parece, que la imaginación de los químicos. En todo caso, la opinión de biólogos y médicos y los experimentos dirán si la propuesta era demasiado atrevida.

En el nanomundo

Si en el IRB Barcelona podemos encontrar moléculas de tamaños diversos, en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) se centran en el mundo de lo más pequeño. Situado en el campus de la Universidad Autónoma de Barcelona, en él se trabaja con nanoestructuras y nanopartículas, que, por definición, se componen de elementos que miden entre uno y cien nanómetros –entre una y cien milmillonésimas de metro–. De ahí su nombre.

Estas dimensiones permiten actuar en un nivel muy concreto y de forma muy precisa. Y si la nanotecnología está demostrando un papel destacado en numerosos campos, desde la producción de energía hasta la obtención de materiales con propiedades sorprendentes, también hace, lógicamente, aportaciones a la biomedicina. Para Víctor Puntes, jefe del grupo de nanopartículas inorgánicas, “la relación entre biomedicina y nanotecnología es que la segunda está al servicio de la primera. Hay tratamientos basados en nanopartículas para aplicar radioterapia o para obtener imágenes con mejor resolución y con menos dosis de radiaciones. Pero, sobre todo, lo que permite la nanotecnología es detectar, proteger, transportar y liberar fármacos con un alto grado de sofisticación”. Esto significa que las nanopartículas pueden transportar un fármaco hasta el lugar deseado, evitando que antes sea atacado y destruido, y allí liberarlo para que lleve a cabo su actividad. Así se asegura su acción, se evitan efectos secundarios y se disminuyen las dosis necesarias.

© Albert Armengol
Víctor Puntes, jefe del grupo de nanopartículas inorgánicas del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología.

Puntes pone el ejemplo de una investigación que comenzó en el 2005, cuando un oncólogo clínico del Hospital de Sant Pau lo fue a buscar para hablarle del cisplatino. Se trata de un antitumoral muy común y eficaz, pero también muy tóxico para el riñón. Al equipo de Puntes se le ocurrió unir el cisplatino a unas nanopartículas de oro, de modo que el conjunto fuera demasiado grande para poder penetrar en el riñón. El efecto terapéutico se mantenía, pero se eliminaba la toxicidad en el riñón. Y de este modo también se podían aplicar dosis más elevadas.

En el año 2008 patentaron la partícula y después licenciaron la explotación de la patente. Crearon una filial denominada Nanotargeting para iniciar, junto con la empresa suiza Nanonica, su producción industrial. Ahora ya se están desarrollando las pruebas preclínicas regulatorias para lograr la autorización de su uso.

Este ejemplo ofrece dos lecciones. Una es que, tal como destaca Puntes, “la nanotecnología y la biomedicina tienen un futuro común y es evidente que la posición de Barcelona y su área de investigación destacan a nivel internacional”. Por eso, mientras mantiene su laboratorio en el ICN 2 está abriendo otro en el Vall d’Hebron Institut de Recerca (VHIR) para acelerar el aprovechamiento de las posibilidades que ofrece la nanotecnología en la práctica médica.

Por otra parte, también muestra que la investigación abre la puerta a la creación de empresas pequeñas, pero de gran nivel tecnocientífico y alto valor añadido. Eso significa que el trabajo de laboratorio ha dado un fruto directo que mejora la salud de las personas, pero también que de la inversión en investigación y de la excelencia han salido empresas que crean puestos de trabajo de alta calificación y que contribuyen a fortalecer y diversificar el tejido industrial de Cataluña. En definitiva, el alto nivel de la química y el alto nivel de la biomedicina se potencian y de la reacción entre ellas surgen, como síntesis, nuevos avances.

XavierDuran

Periodista. Editor del programa de TV3 El medi ambient

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