- Es trabajo de científicos del Instituto de Investigaciones en Materiales, encabezados por la doctora Patricia Guadarrama Acosta
- Se llaman dendrímeros, que podrían transportar anticancerígenos y liberarlos con mayor eficacia en el organismo
- También desarrollan un nanorreactor dendrimérico para optimizar procesos catalíticos, así como una antena molecular para absorber y concentrar energía solar
Investigadores del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, encabezados por la doctora Patricia Guadarrama Acosta, diseñaron una nueva clase de macromoléculas llamadas dendrímeros, para encapsular y transportar fármacos anticancerígenos, y así llegar al sitio donde más se les requiera con más eficacia.
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.
Patricia Guadarrama Acosta es química teórica y orgánica por la UNAM. Ganó el primer lugar en el VII Premio Anual de Servicio Social Universitario Gustavo Baz, en el área tecnológica de polímeros funcionales, y en 2000, la Medalla Alfonso Caso por la mejor tesis doctoral.
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.
Créditos: Universidad Nacional Autónoma de México (www.unam.mx)
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