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Tecnología

La molécula poderosa

Una sustancia hallada en el cuerpo humano sirve de base para la elaboración de biomateriales utilizados en el tratamiento de lesiones de la piel e hipertensión

MIGUEL BOYAYANEl óxido nítrico (NO) es una de las menores y más versátiles moléculas producidas por el organismo, constituye la materia prima de nuevos materiales utilizados en el tratamiento de la hipertensión arterial, la aterosclerosis, las quemaduras y las lesiones de la piel. La síntesis y la formulación de los biomateriales que liberan en forma controlada esta molécula de apenas dos átomos – uno de oxígeno y uno de nitrógeno – le reportaron a la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) un pedido de registro de seis patentes en Brasil. Las investigaciones, iniciadas en 1995 en el Instituto de Química de la universidad paulista y coordinadas por el profesor Marcelo Ganzarolli de Oliveira, resultaron en la preparación de tres compuestos atóxicos con propiedades antitrombóticas, antiinflamatorias y antiproliferativas (la actividad que impide el crecimiento celular), que se adicionaron a un gel acuoso y a polímeros sólidos y líquidos.

Los productos tienen potencial como para reemplazar con ventajas a los medicamentos elaborados a base de nitroglicerina y nitroprusiato de sodio, utilizados para controlar crisis de hipertensión y de angina de pecho. Y también para el uso en la angioplastía, una técnica que consiste en desobstruir las arterias coronarias en procesos de aterosclerosis. El polímero que contiene óxido nítrico en forma de una película muy delgada reviste al stent, una pequeña malla metálica de alrededor de dos centímetros de longitud utilizada como sostén mecánico para impedir que la arteria vuelva a cerrarse. La función de la sustancia en este caso consiste en evitar la proliferación de las células musculares de la pared de la arteria que, aun con la presencia del stent, pueden llevar a una reobstrucción del vaso. Otra aplicación sumamente prometedora es el uso del gel para el tratamiento de heridas provocadas por quemaduras y enfermedades de la piel, como la psoriasis (una enfermedad no contagiosa que provoca lesiones rojizas y descamativas) y la leishmaniosis cutánea, una afección endémica en países tropicales.

Esta línea de investigación con óxido nítrico empezó a ser desarrollada por el profesor Ganzarolli a su regreso a Brasil, luego de concluir su posdoctorado en la Universidad de Southampton, Inglaterra. Allí estudiaba el aspecto fotoquímico del nitroprusiato de sodio, un complejo donador de NO empleado en el control de la presión sanguínea durante cirugías y tratamientos de hipertensión. Pero no se sabía precisamente cómo actuaba el medicamento en el organismo, hasta que en 1987 se descubrió que el óxido nítrico era producido en una capa de células de la pared de los vasos, el endotelio, y era el responsable del control de la presión sanguínea en los seres humanos y demás mamíferos. Luego de que en 1998 los científicos estadounidenses Robert Furchgott, Ferid Murad y Louis Ignarro recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología por el descubrimiento del papel del óxido nítrico en el organismo, las investigaciones relacionadas con la molécula se multiplicaron. Así, al margen del control de la presión arterial, se descubrió que ésta posee otras diversas funciones fisiológicas importantes.

El óxido nítrico es producido en las células del cerebro y actúa como un neurotransmisor especial, como consecuencia de su difusión muy rápida a través de las membranas celulares. Asimismo, es una pieza clave en el sistema de defensas del organismo contra las infecciones. “Los agentes invasores son bombardeados por las células de defensa con una mezcla letal de NO y superóxido, un poderoso agente oxidante, formando otros productos que poseen una fuerte acción bactericida y de combate contra los tumores”, dice Ganzarolli. El más popular uso derivado de esta investigación con el óxido nítrico son los medicamentos que combaten la impotencia sexual. Éstos inhiben la acción de una enzima (la fosfodiesterasa tipo 5), lo que lleva al aumento de la producción de NO en el tejido muscular del cuerpo cavernoso del pene. El óxido nítrico ocasiona el relajamiento de ese tejido, lo que permite el paso de la sangre, la condición esencial para que haya erección. En sus estudios sobre el nitroprusiato de sodio, Ganzarolli constató que el medicamento liberaba óxido nítrico, pero que a su vez presentaba un riesgo de intoxicación con cianuro. Cuando volvió a Brasil, lo hizo con la idea de crear una manera de liberar el NO en forma controlada en el organismo, pero sin los cianuros. En esa ocasión, solicitó ante la FAPESP un auxilio a la investigación, que le permitió erigir la infraestructura para iniciar los estudios.

Un transportador natural
Otros descubrimientos hechos en la época en que el investigador aún estaba en Inglaterra, mostraron que, en nuestro organismo, el óxido nítrico es transportado por una clase de moléculas llamadas de nitrosotioles. Estas sustancias cargan y preservan el NO en su transporte entre las células, porque éste no sobrevive solo durante mucho tiempo en el torrente sanguíneo. Reacciona rápidamente con el oxígeno y puede interactuar con otros radicales y transformarse en otros productos nitrogenados. Trabajos de esa época también apuntaban que los nitrosotioles tenían una acción vasodilatadora. “Volví dispuesto a sintetizar estas sustancias, halladas dentro del cuerpo humano, como alternativa a los medicamentos de uso corriente”, comenta Ganzarolli. “Logramos estructurar un sistema innovador de síntesis que funcionó, y así empezamos a producir nitrosotioles. Como éstos son inestables en solución acuosa, opté por otra estrategia, que consiste en incorporar dichas sustancias a una matriz polimérica líquida para permitir su liberación controlada y estabilizarlas.”

Para ganar tiempo, la elección de la matriz recayó sobre los polímeros atóxicos que ya eran usados en otros medicamentos. Formulaciones de ese polímero, un líquido viscoso de una consistencia similar a la de la glicerina fueron preparadas con la droga incorporada. “Constatamos que estaba muy estable dentro de esa matriz, lo que permitía que fuera guardada en la heladera durante un tiempo muy largo sin descomponerse”, informa el investigador. “Ése fue un efecto que descubrimos. Las matrices le proporcionan una estabilidad mucho mayor a la droga”. Los descubrimientos rindieron también tres pedidos de patente, referentes al método de síntesis y a las formulaciones, que recibieron menciones honoríficas en el marco de la entrega de los premios Gobernador del Estado de 2001 y 2002.

La actividad vasodilatora de los compuestos sintetizados se confirmó en pruebas in vivo con ratones, realizados por un grupo de investigación del Instituto de Biología de la Unicamp, que trabaja en asociación con el profesor Ganzarolli. “Constatamos asimismo que la acción vasodilatora era más potente que la del nitroprusiato de sodio y duraba más; tenía un efecto más prolongado, sin el inconveniente de la toxicidad”, informa. Los resultados rindieron un artículo que fue portada de la revista Nitric Oxide de agosto de 2002, una publicación que es un referente para los estudiosos del tema. Además del polímero líquido, los investigadores empezaron a explorar otros tipos de materiales. “Logramos incorporar esos biomateriales en geles acuosos (hidrogeles) y en películas poliméricas sólidas, films plásticos flexibles que pueden usarse tanto en aplicaciones sobre la piel como para recubrir dispositivos de implantes intracoronarios”, describe Ganzarolli.

Los hidrogeles fueron probados en marzo y abril de 2003 por la doctoranda Amedea Barozzi Seabra, becaria de la FAPESP, en colaboración con Richard Weller, médico dermatólogo de la Universidad de Edimburgo, Escocia. Durante dos meses, en territorio escocés, Amedea probó el gel en la piel de voluntarios sanos para evaluar la acción vasodilatora medida por la circulación sanguínea. Para ello utilizó una técnica basada en el uso del láser. La luz pasa a través de la piel y es reflejada por los hematíes (los glóbulos rojos de la sangre, encargados de transportar el oxígeno), que están fluyendo dentro de los vasos sanguíneos debajo de la piel. Cuanto mayor es la velocidad de los hemtíes, mayor es el flujo sanguíneo. Esto puede medirse de acuerdo con la variación de la longitud de onda de la luz reflejada. “El efecto es el mismo que el que utiliza el radar para detectar a los coches que circulan a alta velocidad”, compara el investigador. Cuando el gel fue probado en los brazos de los voluntarios, inmediatamente apareció un enrojecimiento, como consecuencia del aumento de la circulación. “Esto demuestra que el gel libera óxido nítrico a través de la piel y tiene potencial para ser aplicado en las lesiones ocasionadas por la leishmaniosis y la psoriasis, y para tratar quemaduras.”

Liberación controlada
Otros materiales con las mismas potencialidades del hidrogel están siendo desarrollados en el Instituto de Química. De acuerdo con el coordinador de la investigación, este gel tiene una propiedad muy interesante, denominada gelificación térmica reversa. En la heladera permanece en estado líquido, y en el rango de temperatura entre los 30º y los 40ºC se transforma en gel. Esto permite inyectar la solución en forma subcutánea. Al entrar en contacto con la piel, ésta se gelifica y forma un depósito, de cual saldrá el óxido nítrico que va a penetrar en la circulación sistémica (de todo el cuerpo). Dependiendo del comportamiento de la formulación, la liberación transcurre en forma más lenta o más rápida, y puede servir para diferentes funciones, tales como controlar la presión arterial o tener una acción citotóxica para matar al protozoario que causa la leishmaniosis.

Los biomateriales donadores de óxido nítrico también tienen una buena perspectiva de aplicación para la aterosclerosis, un proceso inmunoinflamatorio originado en el espacio inmediatamente inferior al endotelio, la primera capa de células que reviste el interior de los vasos sanguíneos. En dicho lugar se desarrollan las placas de aterosclerosis (ateromas). Cuando una placa se rompe, dispara la formación de un coágulo que bloquea el flujo sanguíneo. Si esto sucede en una de las arterias coronarias, una región del músculo cardíaco deja de ser irrigada y las complicaciones resultantes pueden ocasionar la muerte.

Una de las formas de desobstruir las arterias coronarias es la angioplastía, una técnica que consiste dilatar los vasos insuflando de un globo envuelto en el stent, que es introducido mediante un catéter en el local de la oclusión. Este globo es retirado, en tanto que el stent permanece. No obstante, como este procedimiento causa una lesión en la arteria, el organismo reacciona intentando cicatrizarla, y esto puede derivar en la formación de un trombo que bloquea la arteria (reoclusión aguda), lo que sucede en entre el 5% y el 9% de los casos. Otra posible consecuencia consiste en que, en esta respuesta al trauma, el tejido muscular de la arteria comienza a propagarse por división celular, ocasionando un espesamiento de la pared en el lugar de la lesión. Como resultado de esta nueva capa de células que se forma, el vaso sufre un remodelado y las células pasan a través de la malla metálica del stent, volviendo a cerrar el vaso. Esta reoclusión, llamada reestenosis, es uno de los principales problemas de la angioplastía, y ocurre en alrededor del 30% al 50% de los casos. Como se implantan unos dos millones de stents por año en el mundo, existe una gran demanda de tecnologías que ayuden a mitigar el problema.

Los estudios con el stent revestido con biomateriales cuentan con la colaboración de un grupo de investigación del Instituto del Corazón (InCor) del Hospital de Clínicas de la Universidad de São Paulo (USP). “Estamos llevando adelante la parte química de recubrimiento y caracterización de la liberación de óxido nítricoin vitro “, comenta Ganzarolli. “Ni bien determinemos cuál es el mejor sistema, vamos a entregarles los stents al InCor para que sean probados en modelos animales”. Los ensayos preliminares se hicieron en el Instituto de Química con un film polimérico muy delgado, ideal para recubrir las irregularidades de la malla metálica. “Verificamos que el polímero libera óxido nítrico y tiene potencial de uso, debido a las propiedades antiproliferativas y antitrombóticas del NO”, informa el coordinador de la investigación.

Las primeras pruebas de incorporación de otros fármacos a los stents empezaron a hacerse hace alrededor de ocho años. Estuvieron a cargo de varios grupos de investigación dispersos por el mundo. De dichos estudios, el que generó mejores resultados fue el recubrimiento de los stents con rapamicina, que tiene acción antiproliferativa y fue usada como inmunosupresor en el tratamiento contra el rechazo en transplantes renales. En abril de este año, la empresa Johnson&Johnson sacó al mercado un stent revestido con el fármaco, el único en uso clínico actualmente. Hasta el final de octubre se habían vendido más de 450 mil unidades del producto. No obstante, en la misma época la agencia estadounidense de control de medicamentos Food and Drug Administration (FDA) divulgó una alerta de que había recibido alrededor de 300 informes que daban cuenta de la ocurrencia de trombosis y reacciones de hipersensibilidad asociadas a uso del stent recubierto con rapamicina, con más de 60 muertes asociadas. Si bien estos números son relativos ante el éxito del producto, para Ganzarolli esto muestra que hay espacio para sacar al mercado stents revestidos con otras drogas.Al margen de reducir los riesgos de toxicidad, los biomateriales donadores de óxido nítrico permiten una aplicación localizada, con tiempos prolongados de liberación, como muestran los resultados obtenidos hasta ahora. El investigador pretende avanzar en sus estudios y resalta que las tecnologías desarrolladas hasta ahora pueden ser transferidas por la universidad a empresas interesadas en producir industrialmente los nuevos materiales.

El Proyecto
Fotoquímica de Complejos Metálicos en Matrices Poliméricas y Sistemas Organizados
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinador
Marcelo Ganzarolli de Oliveira – Unicamp
Inversión
R$ 2.200,00 y US$ 20.342,00

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