Pigmentos de flores fluorescentes pueden tener aplicaciones clínicas

Investigadores del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo preparan compuestos que podrán utilizarse como herramientas para el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Los pétalos de las flores fluorescentes están pigmentados con betalaínas, productos naturales coloridos presentes también en la remolacha (Beta vulgaris) y en la planta conocida como Santa Rita (del género Bougainvillea).

Investigadores del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), que estudian la existencia de betalaínas en la naturaleza, están desarrollando métodos destinados a la preparación de derivados que puedan utilizarse en el diagnóstico y en el tratamiento de enfermedades tales como el paludismo y el cáncer.

La investigación intitulada “Pigmentos betalámicos de flores: fluorescencia y capacidad antirradicalar”, que contó con el apoyo de la FAPESP, estuvo coordinada por Erick Leite Bastos, docente del IQ-USP. El investigador también se encuentra al frente del proyecto intitulado “Interacciones intermoleculares con betalaínas”, con previsión para extenderse hasta 2016.

"La cantidad de betalaínas que hay en los pétalos de flores fluorescentes como la verdolaga de flor (Portulaca grandiflora) es demasiado pequeña como para tornar factible un estudio. Por eso extrajimos la betalaína –la que le da el color magenta a la remolacha y es abundante, pero que no es fluorescente– y la transformamos en el pigmento de las flores. A ese proceso se lo denomina semisíntesis o síntesis parcial", comentó Bastos.

El siguiente paso consistió en investigar de qué modo esa betalaína interactuaba con células animales vivas. “Pretendíamos saber si la betalaína de las flores se acumularía también en el interior de células animales, dado que ésta existe dentro de las células vegetales. No obstante, al incubar la sustancia con eritrocitos humanos [glóbulos rojos], células muy sencillas, no observamos ninguna marcación”, dijo.

Como las propiedades de la betalaína de las flores no favorecían su acumulación en la célula modelo, el grupo desarrolló una betalaína artificial –denominada betacumarina-120 (BtC-120)– que mantiene el núcleo de la sustancia natural, pero se acumula en el interior de algunos tipos de células.

En ensayos publicados en la revista PLoS One, el grupo aplicó BtC-120 en cultivos de eritrocitos infectados por el Plasmodium falciparum, uno de los protozoarios causantes del paludismo. La betalaína sintética –y atóxica– atravesó distintas membranas y se acumuló en el interior del parásito vivo, que se volvió fluorescente.

Los científicos ahora procuran evaluar si la BtC-120 es capaz de distinguir entre el parásito y otras células. “El ensayo anterior se hizo con eritrocitos, en lo que constituyó un excelente sistema modelo. Nuestro desafío ahora consiste en modificar el compuesto de manera tal de obtener un marcador específico del parásito en medio de otros tipos de células”, comentó Bastos.

A juicio del investigador, la facilidad con que algunas drogas antipalúdicas ya conocidas pueden conectarse con las betalaínas abre perspectivas para la utilización de esos pigmentos como herramientas de entrega monitoreada de medicamentos.

Con el cáncer en la mira

Estudios en marcha con la betacumarina-120 también mostraron que es posible utilizar betalaínas artificiales para marcar selectivamente células tumorales.

"Existen diferencias entre células tumorales y células sanas que estamos explorando con miras a crear compuestos fluorescentes que se acumulen solamente en los tumores, para facilitar su remoción quirúrgica efectiva", dijo Bastos.

En colaboración con la profesora Renata Tonelli, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), campus de la ciudad de Diadema, el grupo del IQ-USP procura entender la relación entre la estructura de la betalaína y su interacción con células en cultivo.

"Estamos caracterizando el transporte de las betalaínas hacia el interior de las células y el compartimento subcelular donde las mismas se acumulan", comentó Bastos.

Según el investigador, la importante actividad antioxidante de las betalaínas puede también influir en procesos oxidativos perjudiciales para las células. “Aún no sabemos cuáles son las consecuencias para las células de la introducción de betalaínas antioxidantes, pero sí que pueden tener influjo sobre las vías de la muerte celular”, dijo.

Los mecanismos de acción antioxidante de las betalaínas están siendo investigados por Karina Nakashima, quien cuenta para ello con una bolsa de maestría de la FAPESP.

Una herramienta antiterrorismo

Aparte de interactuar con células, las betalaínas tienen una gran afinidad con cationes metálicos. El grupo de la USP empezó a preparar compuestos químicos formados por cationes de tierras raras y betalaínas con el objetivo de crear sustancias luminescentes para aplicaciones en electrónica.

“Para nuestra sorpresa, verificamos que los complejos formados por betalaína y tierras raras, especialmente los lantánidos, no eran luminescentes. Pero el complejo anaranjado formado entre el pigmento de la remolacha y el catión europio (III) se utilizó para crear un método rápido de detección de esporas de la bacteria Bacillus anthracis, causante del ántrax o carbunco y usada en ataques terroristas”, dijo Bastos.

El estudio estuvo a cargo de la alumna Letícia Gonçalves, quien realizó una pasantía en el National Institute of Standards and Technology (Nist) de Estados Unidos durante su doctorado financiado por la FAPESP. Los resultados se publicaron en la revista PLoS One.

En 2001, el envío de una serie de cartas que contenían importantes cantidades de esporas de B. anthracis a Estados Unidos resultó en cinco muertes y otros 17 casos de infección.

“En presencia de dipicolinato de calcio puro o cuando se induce químicamente la germinación de endosporas de B. anthracis, el complejo anaranjado del compuesto se vuelve rojo. Esa alteración constituiría una luz roja para no abrir la carta", dijo Bastos.

Aunque el método permite cuantificar la cantidad de endosporas debido al cambio de color, pueden surgir resultados de falsos positivos cuando la matriz que se analizará es demasiado compleja, como el suelo, por ejemplo.

"Aun con esa limitación, el método constituye una forma rápida y barata de monitorear el efecto de nutrientes sobre la velocidad de germinación de endosporas in vitro", afirmó el científico.

Pese a las distintas y posibles aplicaciones, Bastos reforzó el carácter de ciencia básica de la investigación. "Intentamos entender de qué manera los cambios en la estructura de las betalaínas tienen efectos sobre sus propiedades y su interacción con otras especies químicas, biomoléculas inclusive."