Un estudio puede aportar al perfeccionamiento de la terapia fotodinámica

Se trata de un descubrimiento de científicos vinculados a un centro de investigación apoyado por la FAPESP, que contribuiría en el desarrollo de fotosensibilizadores más potentes. Al exponérselas a la luz, esas moléculas desencadenan procesos bioquímicos que llevan a la rotura de las membranas de células tumorales o de patógenos

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Los resultados de un estudio publicado en el Journal of the American Chemical Society podrán contribuir en el perfeccionamiento de las técnicas de terapia fotodinámica, realizadas a base de compuestos que, al exponérselos a la luz, desencadenan procesos bioquímicos capaces de romper las membranas de células blanco.

En el referido estudio, a cargo de un grupo vinculado al Centro de Investigaciones en Procesos Redox en Biomedicina (Redoxoma), se demostró que la degradación de los llamados fotosensibilizadores, que son las moléculas que se emplean para hacer que las células se vuelvan más sensibles a la luz, constituye un paso fundamental en la acción de estos compuestos. Hasta ahora se creía que, para ser eficientes, los fotosensibilizadores no podrían sufrir la degradación que la luz provoca (fotoblanqueo) durante el proceso.

El Redoxoma es un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) financiado por la FAPESP con sede en el Instituto de Química (IQ) de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil.

Para arribar a las conclusiones que aparecen descritas en el artículo, los científicos desarrollaron distintos pigmentos orgánicos sensibles a la luz a los que se conoce con el nombre de porfirazinas. El objetivo de este trabajo consistió en entender qué procesos inducen esas moléculas en las membranas de las células cuando se las expone a la luz.

Todas las porfirazinas que se utilizaron en la investigación eran capaces de generar la misma cantidad de oxígeno singlete (una especie de la molécula de oxígeno excitada electrónicamente), un conocido factor inductor de oxidación de las membranas expuestas a la luz. De este modo, los investigadores pudieron observar con mayor atención los otros procesos causantes de daño celular que indujeron los pigmentos.

“Observamos que las porfirazinas, además de actuar como fotosensibilizadoras, mediante el mecanismo ya conocido de producción de oxígeno singlete, también actúan como agentes oxidantes por la vía de reacciones de contacto, removiendo electrones directamente en las dobles uniones de los lípidos. El resultado de esas reacciones es la formación de radicales libres que producen oxidación en lípidos presentes en las membranas de las células y generan más daños, potenciando así su efecto”, explicó Thiago Teixeira Tasso, el primer autor del artículo. Esta investigación se llevó a cabo durante su pasantía posdoctoral en el IQ-USP, que contó con el apoyo de la FAPESP. Actualmente, Texeira Tasso es docente del Instituto de Ciencias Exactas de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG).

En el marco de un trabajo anterior, el grupo coordinado por Mauricio da Silva Baptista, docente del IQ-USP y coautor del artículo, se había demostrado que un factor importante para causar daños irreversibles en las membranas era la formación de aldehídos lipídicos, sustancias que abren poros en la estructura externa de las células y llevan al derrame de su contenido interno (lea más en: agencia.fapesp.br/29723). 

“Este descubrimiento posee potencial como para modificar el paradigma que indica que la degradación del fotosensibilizador sería una cosa perjudicial, que disminuiría su eficiencia. En el estudio, observamos que, dependiendo de la molécula, ese fotoblanqueo puede ser beneficioso e incrementar el daño que se le provoca a la membrana”, dijo Da Silva Baptista.

Este trabajo integra el proyecto intitulado “Fotosensibilizadores: estudios de propiedades fundamentales y aplicaciones biológicas”, con apoyo de la FAPESP y la coordinación de Paula Homem-de-Mello, docente del Centro de Ciencias Naturales y Humanas de la Universidad Federal del ABC (CCNH-UFABC), en el estado de São Paulo.

La destrucción de la membrana

Para aportar a la creación de fotosensibilizadores más eficientes, el grupo del IQ-USP procura entender los mecanismos que provocan daños a la membrana y, por consiguiente, inducen la muerte celular (lea más en: agencia.fapesp.br/20831 y agencia.fapesp.br/26768) 

En el estudio, los investigadores compararon dos fotosensibilizadores a base de porfirazina. Ambos poseen propiedades fotofísicas similares, pero tienen distintas sensibilidades al fotoblanqueo.

En dos modelos capaces de simular in vitro la membrana celular (mediante sustancias también presentes en las células), se observó que, cuanto mayor es la velocidad de fotoblanqueo de los fotosensibilizadores, más rápido se inducía la formación de poros en la estructura. Esto sucede porque el fotosensibilizador, cuando se lo expone a la luz, extrae electrones de la doble unión que se efectúa en los lípidos de las membranas, causando su rotura.

“Comprobamos que el fotoblanqueo, algo que evitaban quienes sintetizan este tipo de moléculas, a decir verdad es importante. Por eso mismo, en lugar de evitar este fenómeno, debe otorgárseles preferencia a las moléculas que degradan más y aplicárselas nuevamente siempre que se vuelva necesario”, explicó Da Silva Baptista.

El grupo está probando ahora los fotosensibilizadores utilizados en ese estudio en células humanas, con el objetivo de verificar si se repite el fenómeno. En caso de que se confirme el resultado, podrán derivarse esas moléculas para la realización de pruebas con animales.

Puede leerse el artículo intitulado Photobleaching Efficiency Parallels the Enhancement of Membrane Damage for Porphyrazine Photosensitizers (doi: 10.1021/jacs.9b05991), de Thiago T. Tasso, Jan C. Schlothauer, Helena C. Junqueira, Tiago A. Matias, Koiti Araki, Érica Liandra-Salvador, Felipe C. T. Antonio, Paula Homem-de-Mello y Mauricio da Silva Baptista, en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05991.