Boletín
UNAM-DGCS-294
Ciudad Universitaria
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DISEÑAN
MACROMOLÉCULAS PARA TRANSPORTAR FÁRMACOS ANTICANCERÍGENOS
Investigadores del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de
la UNAM, encabezados por
También desarrollan un nanorreactor dendrimérico para optimizar procesos catalíticos, así como una antena
molecular para absorber y concentrar energía solar.
Por su semejanza con la copa y las raíces de los árboles, con las
dendritas de las neuronas, con los relámpagos de las tormentas eléctricas, con
el patrón fractal de los epicentros de los temblores..., los dendrímeros (del
griego dendron, “árbol”) son conocidos también como árboles moleculares,
polímeros en cascada, starburst o coliflores.
“Son polímeros que no existen en la naturaleza, pero que la imitan”,
explicó Guadarrama.
Cavidades
Estas esferas moleculares cuentan con cavidades para encapsular
diversos elementos, entre ellas fármacos, y con muchos puntos en la periferia,
que eventualmente se pueden aprovechar en otras aplicaciones farmacológicas. De
ahí que Guadarrama Acosta explore esos dos escenarios para el acarreamiento de
fármacos.
Los anticancerígenos, al igual que otros fármacos, son moléculas de
poca solubilidad, lo que impide que lleguen en la dosis adecuada al punto de
acción. Asimismo, hay algunos que resultan tóxicos para ciertas células: se
administran para curar cierto tipo de cáncer, pero causan neoplasia
gastrointestinal o de hígado. A esto se debe agregar el hecho de que los
anticancerígenos son caros: cinco miligramos cuestan dos mil ó tres mil pesos.
Al tomar en cuenta lo anterior, la experta diseñó un prototipo de
dendrímero que permite pegar en la periferia varias moléculas de un
anticancerígeno, aumentando su solubilidad y haciendo más específica su
liberación.
Este prototipo, también posee cavidades que eventualmente podrían
servir para encapsular el fármaco, en cuyo caso aplicaría la idea de que,
cuando llegue al sitio de acción, el dendrímero se relajaría para posibilitar
la salida de aquél, guiado por simple afinidad con las paredes de la célula
enferma.
Además de las cavidades para el encapsulamiento del fármaco, este
prototipo tiene moléculas “anzuelo” de ácido fólico, intercaladas con moléculas
de metotrexato, que es un anticancerígeno, así como moléculas de glucosa en la
periferia que hacen que aquél sea más atractivo para la célula cancerosa.
“Le agregamos ácido fólico y glucosa –explicó la investigadora–,
porque, para dividirse más rápidamente que las células sanas, las cancerosas se
valen de esos dos nutrientes”.
En efecto, una estrategia para matar células cancerosas (las cuales son
“tragonas”, pues se comen a gran velocidad todo lo que encuentran a su paso)
consiste en engañarlas y administrarles un fármaco parecido al ácido fólico;
así, al ingerir este nutriente “anzuelo”, se inhibe la mitosis o división
celular.
“Con nuestro prototipo de dendrímero se pretende que ‘toda la bolita’,
con el fármaco anticancerígeno, llegue a la célula cancerosa que fue atraída
por los nutrientes anzuelos”, apuntó Guadarrama Acosta.
El dendrímero está diseñado, igualmente, para que se hidrolice con facilidad
y a las células cancerígenas no les cueste trabajo romper sus enlaces
covalentes (los cuales se vuelven lábiles, suaves), y tomar, entre otras cosas,
el fármaco anticancerígeno.
Nanorreactor
dendrimérico
También Guadarrama Acosta y sus colaboradores han sintetizado un
dendrímero para encapsular metales de transición (rutenio, paladio, platino,
rodio...), los cuales se utilizan recurrentemente en catálisis selectiva.
En el caso de catálisis reactiva, los investigadores universitarios
quieren aprovechar la arquitectura de los dendrímeros para construir un
nanorreactor, al poner unidades catalíticas en toda la periferia esférica del
mismo.
“Así, al multiplicarse en cada punto la reacción catalizada –señaló
Guadarrama Acosta–, se podría optimizar cualquier proceso de catálisis, como la
hidrogenación de moléculas orgánicas, para obtener productos que se utilizan
como materias primas en las industrias farmacéutica, petroquímica y
alimentaria”.
Otra ventaja es que, por su forma globular, un dendrímero es más
soluble que otras macromoléculas, de modo que un nanorreactor dendrimérico
podría funcionar tanto en un medio acuoso como orgánico.
Para ello, los investigadores han diseñado, con química computacional,
prototipos de dendrímeros.
Antena
molecular
Como parte de la búsqueda de fuentes alternas de energía, Guadarrama
Acosta y sus colaboradores exploran la elaboración de materiales fotovoltaicos
que permitan desarrollar una antena molecular, que emularía un árbol que, en la
superficie de sus ramas, capte luz solar y la vaya concentrando para realizar
la fotosíntesis.
El objetivo es poner, en la periferia de un dendrímero –que está lleno
de electrones corriendo a lo largo de su estructura–, grupos funcionales que
capten la luz y la concentren en un punto.
Ya se diseñó el prototipo y se sintetizó el dendrímero. Falta probar
sus propiedades de concentración de energía, conectándolo a dispositivos
optoelectrónicos.
“Es el principio, pero se ve promisorio, ya que este dendrímero se podría
aplicar en forma de capa a un dispositivo para, por ejemplo, encender un foco,
una computadora u otro aparato de uso cotidiano”, concluyó la investigadora.
Cursó un año de posdoctorado en Estados Unidos. Fue discípula de uno de
los padres de los dendrímeros, George Newkome, en la Universidad del Sur de
Florida. Es integrante del Laboratorio de Síntesis de Polímeros Funcionales,
del IIM, y pertenece al Sistema Nacional de Investigadores.
Polímero hiperramificado
Los investigadores ya están tratando de pegar, en el prototipo del
dendrímero que diseñaron, el ácido fólico, el metotrexato y la glucosa, para
tener su periferia funcionalizada.
Sin embargo, debido a que es difícil sintetizar dendrímeros (son
macromoléculas perfectas), preparan, como alternativa, un polímero
hiperramificado. Ya han diseñado un prototipo de éste, con el cual pretenden
hacer nanocápsulas anfifílicas de alrededor de 100-150 nanómetros.
La naturaleza anfifílica de estas nanocápsulas se refiere a que
tendrían un doble comportamiento: hidrofílico e hidrofóbico; es decir, podrían
solubilizarse tanto en medios acuosos (agua) como no acuosos (etanol,
cloroformo y entre otros).
De esta manera, el prototipo de polímero hiperramificado tendrá en la
periferia grupos afines al agua, pero en el interior será más bien hidrofóbico
(ahí albergará al fármaco, hidrofóbico también). Así, al entrar en un medio
fisiológico, se moverá por la afinidad de su superficie con el agua; sin
embargo, cuando se encuentre con la pared celular (de naturaleza hidrofóbica)
de la célula cancerígena, el fármaco podría ser liberado.
“El polímero hiperramificado es más fácil y barato de preparar (100
mililitros del monómero que se utiliza, el glicidol, cuestan menos de 100
pesos) y, por lo tanto, menos sofisticado, pero se quiere observar si funciona
igual que el dendrímero, cuyo costo es seis veces más alto y cuya purificación
es mucho más complicada”, expuso.
Una vez sintetizados el dendrímero y el polímero hiperramificado, los
investigadores universitarios esperan hacer pruebas en un sistema enfermo, en
colaboración con miembros de la Facultad de Química.
Como
legos
Los dendrímeros fueron sintetizados por primera vez en 1979 por Donald
Tomalia, entonces investigador senior en
The Dow Chemical Company. Son macromoléculas globulares, ramificadas, con una
estructura tridimensional perfecta y un número alto de grupos funcionales en su
periferia.
“Son monodispersos, es decir, todos tienen exactamente el mismo peso
molecular, la misma estructura y dimensiones. Parecen legos hechos de capas
concéntricas, que van creciendo hacia la periferia hasta alcanzar pesos
moleculares altos”, explicó la investigadora.
Un dendrímero es mucho más pequeño que una bacteria, e igual que una
proteína o un anticuerpo. Hoy en día existen más de 50 familias de dendrímeros,
cada una con propiedades únicas, relacionadas con su uniformidad molecular, su
superficie multifuncional y la presencia de cavidades internas.
En la actualidad, sólo se comercializan dos o tres dendrímeros, cuya
preparación ya se ha sistematizado. El más conocido es el PAMAM, usado en
diagnósticos in vitro.
Un nuevo método para pruebas cardiacas, que mezcla dendrímeros con
proteínas presentes en una muestra de sangre, como la hemoglobulina, reduce el
tiempo de espera de los resultados a ocho minutos, contra los 40 del método
convencional.
El Superfect, un reactivo de
transfección comercial integrado en buena medida por dendrímeros activados, puede
transportar cantidades más grandes de material genético que los virus
modificados para terapia genética.
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FOTO 01.
Científicos del IIM de la UNAM, diseñaron nuevas
macromoléculas llamadas dendrímeros, para encapsular y transportar fármacos
anticancerígenos a los sitios donde se les requiera en el organismo.
FOTO 02
La especialista del IIM de la UNAM,