Les molècules, desenvolupades conjuntament pels científics de l’IBEC i de l’IQAC-CSIC, es poden activar o desactivar mitjançant un feix de llum, com a interruptors. D’aquesta manera, s’aconsegueix que proteïnes de les neurones implicades en la visió puguin respondre de manera semblant a la qual es dóna en condicions fisiològiques normals, desencadenant una resposta quan reben llum. Les molècules podrien actuar com a pròtesis moleculars i restaurar amb elles la fotoresposta de les retines degenerades. Aquestes molècules, que formen part d’una nova classe de fàrmacs regulats per llum, els fotocommutadors covalents (targeted covalent photoswitches, TCPs).
A l’estudi, que es publica en la revista Nature Communications, i en el qual també han col·laborat altres Centres d’Excel·lencia “Severo Ochoa” com l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ), l’Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRB Barcelona), i l’Institut de Neurociències d’Alicant (centre mixte del CSIC i la Universitat Miguel Hernández), a més del Centro de Investigación en Red en Bioingeniería, Biomateriales i Nanomedicina (CIBER-BBN), la Cátedra Bidons Egara de la Universitat Miguel Hernández (Elche) i la Universitat d’Alcalà d’Henares (Madrid).
Canvien de forma en rebre llum
Amadeu Llebaria, investigador del CSIC en l’Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC), explica: “En condicions normals, les cèl·lules fotorreceptores dels ulls (els cons i els bastons) són les que reaccionen en rebre llum i activen, al seu torn, altres cèl·lules de la retina. Les molècules que hem dissenyat s’activen per la llum: en rebre llum canvien de forma, la qual cosa modifica la seva interacció amb els receptors neuronals implicats en l’enviament de senyals visuals al cervell. El nostre és un treball conceptual, un primer pas per demostrar que la tècnica és possible, que aquestes cèl·lules podrien reemplaçar la funció dels cons i els bastons quan aquests estiguessin danyats”.
Eduardo Fernández, de la Cátedra Bidons Egara de la Universitat Miguel Hernández, comenta que aquestes noves molècules han estat capaces de restablir les respostes fisiològiques a la llum en un model animal de Retinosi Pigmentaria (una malaltia degenerativa de la retina en la que desapareixen els fotorreceptors). Aquests estudis suggereixen que aquesta nova tecnologia podria obrir noves vies de tractament per a algunes malalties oculars com la Retinosi Pigmentaria, la Degeneració macular i altres malalties degeneratives de la retina.
Amb aquesta tècnica, s’obre una via cap a nous tractaments revolucionaris basats en el control de l’activitat de molècules petites, encara que l’aplicació, admeten els científics, àdhuc està lluny.
Limitacions de la tècnica actual
Fins avui, el tipus més comú de molècules que es podien foto activar eren els lligands fotocròmics (photochromic ligands, PCLs), que actuen de forma reversible sobre els receptors de llum naturals de l’organisme, els cons i els bastons. Però sovint, només eren eficients a unes concentracions suficientment elevades, que no sempre s’aconseguien quan es diluïen les molècules en el teixit. Una forma d’evitar aquest inconvenient, és unir de forma permanent les molècules al seu receptor mitjançant tècniques de manipulació genètica, però això comporta altres limitacions, especialment per a aplicacions terapèutiques.
La nova estratègia química desenvolupada pels investigadors en aquest treball ofereix una bona eficàcia i es pot aplicar a proteïnes endògenes sense necessitat de recórrer a tècniques de manipulació genètica.
Aplicable en diferents organismes
“Les nostres pròtesis moleculars poden treballar en diferents organismes, fins i tot potencialment en humans, en els quals les tècniques actuals d’opto-manipulació genètica són bastant limitades. Aquesta perspectiva fa que els resultats en la fotosensibilització de la retina siguin especialment atractius”, explica Pau Gorostiza, professor de recerca ICREA en l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
“En comparació dels mètodes disponibles en l’actualitat per restaurar la fotorresposta en la retina, com els implants de retina, les nostres molècules poden ajudar a evitar la cirurgia i proporcionar un millor acoblament per la fotoestimulació, així com disminuir el temps de rehabilitació en aprofitar el processament natural de senyals neuronals en la retina”, conclou Pau Gorostiza.
Amadeu Llebaria afegeix que aquest tipus de tractament, encara que llunyà, podria ajudar a recuperar la sensibilitat a la llum i a la foscor amb un fàrmac. Això augmentaria la qualitat de vida de persones amb problemes de visió a causa de degeneració retinal.
—
Article de referència: M. Izquierdo-Serra, A. Bautista-Barrufet, A. Trapero, A. Garrido-Charles, A. Díaz-Tahoces, N. Camarero, S. Pittolo, S. Valbuena, A. Pérez-Jiménez, M. Gay, A. García-Moll, C. Rodríguez-Escrich, J. Lerma, P. de la Villa, E. Fernández, M. À. Pericàs, Amadeu Llebaria, & P. Gorostiza (2016). Optical control of endogenous receptors and cellular excitability using targeted covalent photoswitches. Nature Communications, epub ahead of print
