Uno de los grandes retos en el diseño de fármacos es introducir en la célula moléculas que sean solubles en agua, pues la membrana celular supone una barrera semipermeable que este tipo de sustancias no pueden atravesar fácilmente. Para superarla, los expertos vienen empleando distintos vehículos artificiales como polímeros, lípidos y algunos tipos de péptidos que consiguen llevar su carga al interior celular con éxito. Hasta la fecha, todos estos portadores tienen una estructura anfifílica, lo que les permite enmascarar de manera transitoria su carga en un envoltorio hidrófobo para abrirse paso a través de la membrana lipídica. Pero esta estrategia tiene sus limitaciones: en ocasiones, este mismo comportamiento puede dañar la membrana, y en otros casos los compuestos anfifílicos muestran poca solubilidad, lo que puede limitar su efectividad.
En un estudio publicado hoy en Nature(link is external), investigadores del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica y Materiais Moleculares (CiQUS) de la Universidade de Santiago de Compostela en colaboración con científicos de Jacobs University (Bremen, Alemania) han dado a conocer una nueva clase de vehículos moleculares para administrar fármacos que trasciende el dogma anfifílico. Los nuevos portadores son clústeres de boro con forma esférica, carga negativa y una excelente solubilidad en el agua. La clave reside en su naturaleza supercaotrópica, una propiedad que les permite desordenar las moléculas de agua y deshidratar así la carga que transportan para poder atravesar la membrana hidrófoba.
El grupo que dirige el Prof. Werner Nau (Jacobs University) estudia el comportamiento de los clústeres de boro en modelos de membranas basados en vesículas artificiales. Los clústeres de boro sustituidos con grupos de bromo presentaron un equilibrio caotrópico idóneo para conseguir transportar sustancias a través de la membrana sin causarle daños. Estos compuestos interactúan con las moléulas a transportar de una manera totalmente novedosa, sin necesidad de agregarse con ella o tener que encapsularla. “Los nuevos vehículos tienen unas propiedades de transporte muy particulares” comenta Andrea Barba-Bon, investigador del equipo alemán y primera coautora del estudio. “A diferencia de los tradicionales compuestos anfifílicos, el orden en que se añaden los clusters y las moelculas que queremos transportar a las vesículas, o incluso el tipo de membrana, tienen un efecto mínimo sobre su efectividad”.
La nueva estrategia sirve para administrar con gran eficiencia una amplia variedad de sustancias bioactivas, desde pequeñas moléculas a péptidos de mayor tamaño. Estos complejos de boro pueden transportarlas con éxito al interior de células vivas, tal y como ha demostrado el grupo del Prof. Javier Montenegro. Los investigadores del CiQUS consiguieron llevar diferentes cargos hidrofílicos al interior de las células, incluyendo la faloidina -una molécula empleada habitualmente como marcador bioquímico del citoesqueleto- hasta el citosol en el interior de las células, y teñir de este modo el esqueleto intracelular de distintos tipos de células. “Hemos identificado una clase completamente nueva de vehículos que podrían ser utilizados para llevar distintos fármacos al interior de las células. Los aniones supercaotrópicos son una nueva herramienta, totalmente diferente a las que había hasta la fecha, para poder internalizar sustancias hidrófilas en la célula cuyo potencial recién se acaba de empezar a explorar” explica Giulia Salluce (CiQUS), doctoranda en el grupo del Prof. Montenegro que figura también como primera coautora del estudio.
Imagen: Los investigadores del CiQUS consiguieron llevar diferentes cargos hidrofílicos al interior de las células, incluyendo la faloidina, una molécula empleada habitualmente como marcador bioquímico del citoesqueleto | Montenegro Lab.
Referencia
Boron Clusters as Broadband Membrane Carriers.
Andrea Barba-Bon, Giulia Salluce, Irene Lostalé-Seijo, Khaleel I. Assaf, Andreas Hennig, Javier Montenegro, and Werner M. Nau. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04413-w
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