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Año internacional de la química

Refuerzos para la medicina

Sustancias y análisis moleculares llegan para innovar en el área de tratamiento y en la de diagnóstico

EYE OF SCIENCE / SCIENCE PHOTO LIBRARYUn polímero superabsorbente elaborado con ácido acrílico puede usarse en pañalesEYE OF SCIENCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

En medio de tantos avances en equipamientos, fármacos, técnicas y procedimientos vinculados a la medicina, la protagonista central suele mantenerse oculta: la química. Si bien el tema merece mucho más tiempo de discusión, en buena medida ésta quedó planteada en el marco del último conjunto de conferencias del ciclo del Año Internacional de la Química, en la sesión intitulada La química inteligente al servicio de la medicina, coordinada por Leandro Helgueira, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP). El tema congregó durante el día 9 de noviembre a una mesa formada casi que exclusivamente por químicos: Luiz Henrique Catalani, del IQ-USP, Sidney Ribeiro, del Instituto de Química de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara, Etelvino Bechara, del campus Diadema de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), y Jerson Lima Silva, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), el único médico del grupo.

La química de los polímeros, central en la fabricación de productos tales como el plástico, fue el foco de la disertación de Luiz Henrique Catalani, quien mostró cuán antiguo es el empleo de sustancias que actúan junto a sistemas biológicos en reemplazo de algunos tejidos, órganos o  funciones del cuerpo, conocidas como biomateriales. “Esqueletos del Neolítico muestran que las suturas ya se conocían hace 32 mil años”, ejemplificó. Y hay mucho más. Hace dos mil años, los chinos, los aztecas y los romanos ya empleaban el oro para reparar dientes, en tanto que George Washington, presidente de Estados Unidos entre 1789 y 1797, usaba una dentadura de marfil de rinoceronte.

Para que una prótesis sea funcional, resulta esencial pensar en la relación adecuada entre los tejidos hospedadores y el biomaterial, una propiedad conocida como biocompatibilidad. “El ambiente in vivo no es estático”, recordó Catalani: “ocurre allí un proceso dinámico”. En busca de esa adecuada relación, se analizan cada vez más las propiedades químicas de los materiales desarrollados en el momento en que deberán entrar en contacto con los tejidos biológicos. Tal es el caso del uso de teflón y de poliéster en prótesis de ligamentos, tendones y discos intervertebrales.

Un tipo de sustancia que su grupo ha venido desarrollando en el Laboratorio de Biomateriales Poliméricos es el electrohilado. Se trata de hilos nanométricos elaborados mediante una inyección de carga eléctrica que hace que se estire la sustancia aglutinada en una gota de solución de polímero. La posible aplicación de dichos hilos tiene que ver con la formación de mallas en la misma escala de las células, como si fuese una estructura en la que las mismas se encajan para hacer las veces de sustrato en la recuperación de tejidos.

Otro foco importante del laboratorio de Catalani de la USP son los apósitos a base de hidrogel. “La idea de que un apósito debe estar seco es errónea”, explicó. Lo ideal es que esté húmedo, que sea liviano, no abrasivo y altamente permeable, que se adhiera a la piel sana y no a la herida. No es poco, pero la cosa no necesariamente termina ahí: las sustancias que integran los nanogeles pueden tener efectos fungicidas y bactericidas, con lo cual contribuyen más aún a la cicatrización de las heridas.

Los hidrogeles también son el foco del Laboratorio de Materiales Fotónicos, coordinado por Sidney Ribeiro en la ciudad de Araraquara. Es un material constituido por un 98% de agua y un 2% de celulosa, con una estructura tridimensional nanométrica producida por bacterias a partir de azúcar. La síntesis por medio de microorganismos es una alternativa importante, debido al impacto ecológico de las centrales de celulosa en términos de contaminación y ocupación de tierras con plantaciones de eucalipto. “La celulosa extraída de las plantas es un material ecoamigable, siempre y cuando uno se encuentre muy lejos de las áreas plantadas y de la industria productora”, bromeó.

LABORATORIO SIDNEY RIBEIRO / UNESPEsponja de fibroína con hilos de celulosa destinada a la regeneración ósea (izq.) y membrana de celulosa bacteriana LABORATORIO SIDNEY RIBEIRO / UNESP

El grupo ha conseguido producir membranas de un espesor que puede variar de micrones a centímetros. El resultado de ello es un material transparente, con alta resistencia mecánica y que puede emplearse en reemplazo de la piel en curativos para heridas de difícil tratamiento. El grupo trabaja también con materiales de segunda generación, enriquecidos con sustancias con propiedades medicinales, tales como nanopartículas de plata o propóleos.

La proteína fibroína, el principal componente de la seda, domina otra línea de investigación a cargo de Ribeiro. Brasil es el tercer productor mundial de ese hilo extraído de los capullos de la oruga Bombyx mori. De esos capullos es posible extraer la fibroína, que en las manos de los investigadores da origen a materiales tecnológicos con aplicaciones que van de la medicina a la optoelectrónica, tales como esponjas magnéticas y filmes transparentes luminescentes.

El grupo de la Unesp está concentrado en el uso de materiales luminescentes para imágenes en el área médica. Elementos importantes para ello son las  tierras raras, que pueden desembocar en marcadores luminescentes más eficaces para diagnósticos y tratamientos. Ribeiro sueña también con iluminadores solares y células fotovoltaicas. El primer cliente será la FAPESP, financiadora del estudio, bromeó mirando hacia la iluminación del auditorio.

Organismo alterado
Un experto en iluminación es Etelvino Bechara, pionero en los estudios acerca de cómo y por qué las luciérnagas emiten luz. Su grupo de la USP también explicó las manchas que dejan las libélulas en la pintura de los coches: ponen huevos en ella atraídas por la luz polarizada por la resina, que sus ojos confunden con la superficie de un lago.

Pero fue un tema muy distinto el que el químico – y ahora profesor de la Unifesp de Diadema – hizo público en el marco del ciclo de conferencias: los daños ocasionados en el organismo por el envenenamiento con plomo, un elemento común en las pinturas empleadas para pintar paredes, en las baterías de los coches y en juguetes de plástico, por citar algunos entre innumerables ejemplos. Algunos registros históricos de este tipo de intoxicación fueron el del compositor Ludwig van Beethoven, expuesto a altos tenores de plomo por frecuentar las tipografías a los efectos de controlar la impresión de sus partituras, y los de los pintores Vincent van Gogh y Candido Portinari, afectados por las pinturas que usaban en sus cuadros.

LEO RAMOSLuiz Henrique Catalani, Jerson Lima Silva, Sidney Ribeiro y Etelvino BecharaLEO RAMOS

Los efectos se propagan, porque el plomo reemplaza a los iones de calcio y de cinc en proteínas esenciales en el organismo, inactivando a enzimas involucradas en el metabolismo aeróbico y en la transmisión nerviosa. La inhibición de las reacciones en implicadas en la biosíntesis que lleva a cabo la hemoglobina también ocasiona una mayor producción de ácido aminolevulínico (ALA), con una estructura muy similar a la del ácido gamma-aminobutírico (Gaba), una sustancia esencial en las sinapsis. El resultado de ello puede incluir daños neurológicos y psiquiátricos severos, tales como el comportamiento antisocial y delincuente. El estrés oxidativo causado por la intoxicación con plomo también tiene efectos mutagénicos en el ADN y genera mal funcionamiento del hígado y en los riñones. El ALA también induce la liberación del hierro almacenado en la proteína ferritina, perjudicando la respiración celular, con la consiguiente pérdida de resistencia física.

En lo que hace al comportamiento, Bechara comentó sobre estudios con adolescentes encarcelados por infracciones penales. Al medir los niveles de plomo en el organismo, investigadores descubrieron una probabilidad cuatro veces mayor de actitudes agresivas con una mayor incorporación del metal. En busca de confirmar estos resultados internacionales, en 2005 él participó en la coordinación de un estudio que evaluó los niveles de plomo en menores encarcelados en la Febem de ese entonces, la actual Fundación Casa. “La relación se confirmó, pero los resultados no fueron más contundentes porque el proyecto fue bloqueado por motivos no justificados”, afirmó.

Pero el químico aún no se da por vencido: sigue estudiando la asociación entre plomo y comportamiento antisocial y pretende armar en la Unifesp un centro de tratamiento y prevención a la exposición. Por ahora, lo que se sabe es que el tratamiento con quelantes y antioxidantes puede ayudar a mitigar el estrés oxidativo causado por la intoxicación, pero muchos de los daños no pueden revertirse.

Con todo, los efectos nocivos en el cerebro no provienen únicamente de factores externos, tal como mostró Jerson Lima Silva. Alteraciones en las estructuras de proteínas normales del organismo pueden estar por detrás de enfermedades neurodegenerativas y del cáncer. En este último caso, el agente es la proteína p53, que es un factor de protección contra la formación de tumores. Una mutación que cause un pliegue incorrecto, y que por ende tenga efectos en su estructura, puede llevar a un desequilibrio en el funcionamiento de los genes y, como consecuencia de ello, al desarrollo de algún tipo de cáncer, tal como lo comprueban diversos estudios. Un efecto curioso que el disertante informó es el que apunta que la célula mutada parece tener un efecto sobre las otras, como si fuese un proceso infeccioso, pues también pasan a comportarse de manera incorrecta y proliferan de manera descontrolada.

Ese efecto infeccioso es también típico en las enfermedades causadas por los priones, las encefalopatías espongiformes popularizadas por la enfermedad de la vaca loca. En ese caso, ha sido demostrado que la relación entre el prión – una proteína alterada – y las moléculas de agua es esencial para la estabilidad estructural. “Parece que la hidratación controla las afecciones de conformación proteica”, comentó Lima Silva, quien procura entender también la acción de los agentes genéticos – el ADN y el ARN – en la creación de esas proteínas anómalas.

En sintonía con el tema discutido más temprano ese mismo día, éste recordó que en los albores del estudio estructural de las moléculas se encuentra la británica Rosalind Franklin, quien no fue debidamente reconocida por su papel en la elucidación de la estructura del ADN. “Ahora contamos con técnicas muy diferentes y más detalladas, pero aún quedan problemas que no han sido resueltos y que retrasan el desarrollo de fármacos”, comparó.

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