Se descubren jaulas moleculares que son capaces de eliminar las células cancerosas
Figura 1. Imagen representativa de una jaula molecular [ 1]
Una nueva investigación descubre una forma de destruir las células cancerosas sin eliminar las células sanas, evitando que se produzcan efectos secundarios, utilizando jaulas moleculares modificadas con flúor.
El Dr. Ignacio Alfonso es el responsable del equipo de investigación de química supramolecular del IQAC-CSIC, que ha desarrollado una nueva investigación para la eliminación de células cancerosas, que ayuda al tratamiento contra el cáncer, utilizando unas moléculas llamadas "jaulas moleculares". Estas moléculas, están formadas por aminoácidos modificados con átomos de flúor, y su principal característica es su capacidad de atacar selectivamente a las células cancerígenas de los tumores sólidos, en un ambiente ligeramente ácido.
El diseño de estas jaulas aprovecha investigaciones previas que analizaron cómo distinguir entre células sanas y cancerosas en función del pH de su entorno. Mientras los tejidos sanos mantienen un pH neutro, en torno a 7,5 , las células cancerosas crean un microambiente ligeramente ácido, un pH inferior a 7[2]. Las jaulas moleculares son inofensivas en entornos neutros, pero en condiciones ácidas son capaces de transportar iones cloruro a través de las membranas celulares. Este proceso es capaz de matar a las células cancerosas, sin afectar a las sanas.
La modificación de añadir átomos de flúor en los laterales de las jaulas moleculares incrementa significativamente su selectividad, haciendo posible que ataquen únicamente a las células cancerosas. Además, esta acción selectiva disminuye la resistencia de los tumores al tratamiento. [1]
Figura 2. Esquema de funcionamiento [1]
Tratamientos actuales y la diferencia con el nuevo descubrimiento.
El cáncer es una de las enfermedades que más afecta a la población global y tiene una alta tasa de muertes, por lo que es necesaria la búsqueda e investigación de nuevas terapias. Hoy en día la quimioterapia es el tratamiento más usado, utilizando moléculas sintéticas que destruyen las células cancerosas pero también células sanas. Estas moléculas son mucho menos específicas que las jaulas moleculares modificadas que se utilizan en esta investigación, lo que genera efectos secundarios severos al dañar también a las células sanas, como la caída del pelo, náuseas y mayor riesgo a contraer infecciones. [3]
Bajo estas circunstancias surgen los ionóforos sintéticos como una alternativa prometedora. Los ionóforos son las llamadas “jaulas moleculares”, son moléculas, que transportan iones cloruro a través de las membranas celulares.
Una característica de las células cancerosas es la alteración del pH en los tejidos afectados, generando un entorno ligeramente ácido, mientras que los tejidos sanos tienen un pH neutro. Este distintivo permite desarrollar nuevos tratamientos que funcionen solo en estas condiciones específicas. Se ajusta la actividad de los ionóforos para que sean más selectivos en estos microambientes ácidos, atacando únicamente a las células cancerosas.
Se han investigado las "jaulas pseudopeptídicas", que tienen la capacidad de encapsular iones cloruro cuando sus grupos amina están protonados y transportarlos a través de las membranas celulares en ambientes ácidos. Lo cual les permite destruir células cancerosas que tienen un entorno ácido. En esta artículo en especial se observa que una jaula derivada del aminoácido fenilalanina modificada con flúor muestra una alta selectividad para actuar en pH ácidos, muy similares a los de las células tumorales.
El flúor es un elemento de tamaño pequeño con una electronegatividad alta y además presenta propiedades hidrofóbicas. Este elemento no existe de forma natural en el cuerpo, por lo que las modificaciones de moléculas con flúor es muy utilizada en el diseño de fármacos. Este estudio se centra en analizar cómo las sustituciones de flúor en las jaulas afectan sus propiedades, permitiendo ajustar su actividad para que sean altamente selectivas contra las células cancerosas de los tumores sólidos.
Pruebas en laboratorio: un éxito prometedor.
Para comprobar la eficacia de estas jaulas, los investigadores probaron diferentes versiones de estas moléculas en células humanas de cáncer de pulmón (A549) y consiguieron resultados asombrosos. Algunas versiones de las jaulas, como las que tienen átomos de flúor en posiciones específicas, resultaron ser muy efectivas en ambientes ácidos. Sin embargo, estas mismas jaulas no presentaron efectos negativos sobre las células sanas cuando se encontraban en condiciones de pH normal.
Por ejemplo, una versión llamada “1m” mostró ser especialmente tóxica en condiciones similares a las de un tumor, es decir, en un ambiente ácido. Esta jaula eliminó eficazmente las células cancerosas, a la vez que resultó ser completamente segura en condiciones fisiológicas normales.
Además, se llevaron a cabo ensayos en modelos tridimensionales llamados esferoides, que simulan el comportamiento de los tumores en el cuerpo humano. Los resultados confirmaron que estas moléculas no solo funcionan en condiciones de laboratorio, sino que también tienen potencial en entornos más complejos.
La importancia de la lipofilicidad y la protonación.
Un descubrimiento fundamental fue el papel de la lipofilicidad, que es la afinidad de las moléculas por interactuar con grasas. Las membranas celulares se componen principalmente por grasas, y las moléculas deben atravesarlas para poder actuar dentro de las células. Los investigadores descubrieron que al añadir flúor en ciertas posiciones, podían ajustar la lipofilicidad de las jaulas. Esto les proporcionaba la capacidad suficiente para atravesar las membranas, pero sin quedar atrapadas en ellas.
Por otro lado, la protonación, les permitió ajustar la actividad de las moléculas según el pH. En ambientes ácidos, estas moléculas captaban más protones, volviéndose más activas y efectivas contra los tumores.
Un cambio en el tratamiento del cáncer.
Actualmente, las terapias contra el cáncer, como la quimioterapia, no son selectivas. Atacan tanto a las células tumorales como a las sanas, lo que provoca efectos secundarios graves, como fatiga extrema, pérdida de cabello o daños en órganos importantes. Esto limita mucho las dosis que se pueden administrar y, por tanto, la efectividad del tratamiento.
Las jaulas pseudopeptídicas ofrecen una alternativa completamente diferente. Al ser capaces de distinguir entre las células cancerosas y las sanas, podrían eliminar los tumores sin dañar el resto del cuerpo. Esto no solo reduciría los efectos secundarios, sino que también permitiría usar dosis más altas y, con ello, aumentar la efectividad del tratamiento.
Además, estas moléculas son muy versátiles. Los científicos pueden ajustar su diseño para adaptarlas a diferentes tipos de cáncer o incluso a otros problemas médicos. Por ejemplo, podrían usarse para enfermedades donde sea necesario transportar compuestos químicos de manera selectiva a ciertas células.
Lo que viene: desafíos y oportunidades.
Aunque los resultados son muy prometedores, estas moléculas aún están en fase de investigación. Antes de que puedan usarse en pacientes, los científicos necesitan realizar pruebas más avanzadas en animales para confirmar su seguridad y efectividad.
Sin embargo, el potencial de esta tecnología es enorme. Estas jaulas podrían ser una alternativa más precisa y segura, y los investigadores están convencidos de que el diseño ajustable de estas jaulas permitirá desarrollar tratamientos personalizados, adaptados a las necesidades de cada paciente y tipo de cáncer.
Además, este enfoque podría tener más aplicaciones aparte del cáncer. Las jaulas pseudopeptídicas podrían utilizarse para transportar medicamentos o compuestos químicos a lugares específicos del cuerpo, como tejidos dañados o zonas con infecciones graves.
Una esperanza para el futuro.
Los resultados obtenidos han permitido descubrir una posibilidad de un nuevo tratamiento usando las jaulas moleculares que han mostrado una mayor selectividad dependiente del pH y una elevada actividad anticancerígena en las pruebas de laboratorio.
Este avance permite conocer mejor los mecanismos de modificación para optimizar estas moléculas y también abre nuevas posibilidades para desarrollar terapias contra el cáncer más seguras, efectivas y que ocasionen menos efectos secundarios.
Este descubrimiento no solo representa un avance científico, sino también una nueva esperanza para millones de personas que luchan contra el cáncer. Si las investigaciones continúan avanzando, estas jaulas pseudopeptídicas podrían marcar el comienzo de una nueva era en la medicina, donde los tratamientos sean más precisos, efectivos y respetuosos con la calidad de vida de los pacientes.
Este avance es un recordatorio de cómo la ciencia puede transformar la lucha contra enfermedades tan complejas como el cáncer.
María Machuca Gálvez, Laura López Arroyo
Estudiantes de 4º de Química
Referencias
Tapia, L., Pérez, Y., Carreira-Barral, I., Bujons, J., Bolte, M., Bedia, C., ... & Alfonso, I. (2024). Tuning pH-dependent cytotoxicity in cancer cells by peripheral fluorine substitution on pseudopeptidic cages. Cell Reports Physical Science, 5(9).
2. Tapia, L., Pérez, Y., Bolte, M., Casas, J., Solà, J., Quesada, R., & Alfonso, I. (2019). pH‐dependent chloride transport by pseudopeptidic cages for the selective killing of cancer cells in acidic microenvironments. Angewandte Chemie International Edition, 58(36), 12465-12468.
3. Montero, A., Hervás, A., Morera, R., Sancho, S., Córdoba, S., Corona, J. A., ... & Ramos, A. (2005). Control de síntomas crónicos: Efectos secundarios del tratamiento con Radioterapia y Quimioterapia. Oncología (Barcelona), 28(3), 41-50.
4. https://youtu.be/_eye-rJ6-Mg?si=KEYYQWXQVynHqUSv (10/12/2024)
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