Un equipamiento automatizado que permite saber en siete horas si un remedio recetado a un paciente es falsificado o no podrá en poco tiempo formar parte de la rutina de hospitales de cualquier parte de Brasil. Denominado plataforma de pruebas, el mismo evalúa los efectos de las drogas neuroactivas, aquéllas que tienen acción sobre el sistema nervioso y que son recetadas a pacientes con epilepsia o jaqueca. El aparato está dotado de un sistema de videomicroscopía que permite monitorear con precisión la acción de la droga en un tejido orgánico – en este caso, la retina del ojo de un ave – e informar el resultado de esta prueba en la pantalla de una computadora. La retina de las aves, principalmente la de los pollitos de gallina, constituyen un material de fácil manipuleo y que puede encontrarse en cualquier parte del país.
La plataforma automatizada también podrá ser bastante útil para la industria farmacéutica, como ejemplifica la coordinadora del proyecto, la médica Vera Maura Fernandes de Lima. “Supongamos que una empresa hizo ingeniería reversa para la obtención de un fármaco (en la ingeniería reversa, se parte del producto final y, rehaciendo el proceso de desarrollo de atrás para adelante, se intenta descubrir cómo éste fue hecho). El farmacéutico puede haber hecho todo bien y obtener un producto químicamente igual al que pretendía copiar, pero sin el mismo efecto. Esto se debe a que, en biología, también cuenta la disposición espacial de las moléculas”. La calidad de la droga puede verificarse fácilmente en la plataforma de pruebas.
Fernandes de Lima es investigadora de la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa), una entidad que tiene bajo su responsabilidad la eficacia y la seguridad de los fármacos utilizados en Brasil. La médica desarrolla su trabajo como investigadora visitante en la Escuela Politécnica (Poli) de la Universidad de São Paulo (USP). De este equipo también forman parte los ingenieros de la Poli y del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen). Fue en los estudios de un brasileño que Vera Maura se inspiró hace más de diez años para iniciar sus investigaciones con videomicroscopía de retina que resultarían en el equipamiento con el cual cuenta actualmente.
“Desde elsegundo año de la carrera de medicina, me enamoré de la neurofisiología. En 1989, empecé a trabajar con el modelo de retina que fue creado por el profesor Hiss Martins Ferreira en la década del 60”. Para visualizar los resultados de sus estudios, Vera utiliza retina de pollitos, material biológico que, en su opinión, ofrece grandes ventajas con relación a otros tejidos neurales tradicionalmente utilizados en los tests de fármacos, como el hipocampo de ratón, por ejemplo. Asimismo, “un técnico con cierta experiencia prepara las retinas en apenas diez minutos”, asegura la investigadora.
La retina es la parte del ojo responsable por la captación de la imagen. Está situada en el fundo del globo ocular y transforma los estímulos visuales en señales eléctricas que son llevadas al cerebro por el nervio óptico.Cuando el tejido de la retina es expuesto a compuestos neuroactivos, algunas de sus propiedades fisiológicas sufren alteraciones. Uno de los cambios más significativos – y fácilmente monitoreables – se produce en la evolución de las ondas de depresión propagada.
Este fenómeno, descrito en la década de 1940 por otro brasileño, el científico Aristides Leão, consiste en una brusca alteración en las ondas eléctricas del cerebro que puede extenderse durante varios minutos y está relacionada con algunos cuadros neurológicos, como los síntomas de la epilepsia y de la jaqueca clásica. Se manifiesta por brotes de excitación neuronal, es decir, exceso de actividad eléctrica, seguidos de depresión o inactividad de las ondas eléctricas. Estas ondas de excitación extrema, seguidas de ondas de inactividad, se propagan por la corteza cerebral, que es la capa más superficial del cerebro.
Fenómeno estimulado
La depresión propagada es una propiedad general de la materia central del cerebro, de la misma manera que la arritmia cardíaca es una propiedad del corazón”, compara Vera. La probabilidad de aparición de este estado aumenta con la densidad de los terminales sinápticos, las partes de las células nerviosas que transmiten las informaciones. Lo que la investigadora hace es ocasionar el fenómeno en la retina in vitro sin la droga que será analizada, y luego con ésta. El cambio del patrón de onda, es decir, de la señal óptica, ofrece una medida de la acción de la droga sobre el tejido.
La época en la que Vera Maura empezó a trabajar con la señal óptica, en 1991, fue también el tiempo en el cual se produjo un gran avance en la videomicroscopía. Con el auxilio de esta herramienta, la investigadora logró acompañar con mayor precisión las alteraciones del tejido retinal expuesto a drogas neuroactivas. Con este objetivo, Vera Maura y su equipo crearon el proyecto de máquina que no omite la actuación de un operador humano. Según la investigadora, la capacitación para el uso de la máquina no demora más que una semana. El equipamiento trabaja con cuatro retinas. Primero, el operador debe colocar las retinas en una solución a base de glucosa y sales minerales.
Las concentraciones de estas sustancias son intencionalmente más elevadas que en el estado normal, para mantener al tejido en un nivel próximo a la inestabilidad. En esa condición, un ligero toque mecánico sobre la retina es suficiente para desencadenar las ondas. En la máquina desarrollada por el equipo coordinado por Vera Maura, ese toque es automatizado. “Otros estímulos podrían ser usados, como la adición de potasio o un simple flash de luz”, dice. A partir de ese estímulo, empieza aquello que Vera denomina como “tempestad electroquímica”. Mientras esto sucede, la computadoramide la intensidad y la velocidad de propagación de la señal óptica, es decir, de la onda que, ahora, pasa a ser considerada como onda control. Pasados cerca de 20 minutos, se genera una nueva onda control.
La señal óptica
Todos los datos de la reacción son filmados por una cámara de vídeo y almacenados en la unidad microprocesadora. Luego de otro período de descanso, necesario para que la retina se restablezca, el operador introduce la solución test. Si es un medicamento que reduce la excitabilidad del cerebro – como los remedios para la epilepsia, por ejemplo -, es de esperar que éste disminuya la velocidad de propagación y la intensidad de la señal óptica. “La onda se torna menos visible y menor, dos parámetros fáciles de cuantificar”, explica la investigadora. Pero el operador no precisa preocuparse en hacer esa evaluación, pues la computadora comparará el resultado con un banco de datos obtenido a partir de pruebas con varios tipos de drogas probadamente eficaces. Teniendo el registro del patrón de eficacia, será posible ver si la solución test se comporta igual, peor o mejor que el patrón. “El banco de datos debe ser actualizado permanentemente. Anvisa tendrá parte de la patente y controlara este archivo”, afirma Vera.
Pero no es solamente la aplicación práctica del equipo lo que entusiasma a la investigadora. Simular lesiones en el tejido y realizar el seguimiento de su comportamiento es, para esta científica interesada en los modelos de autoorganización del cerebro, una de las mayores aplicaciones de éste. ¿Por qué un paciente con derrame puede quedar con secuelas y otro no? ¿Por qué dos lesiones iguales inducen respuestas diferentes? “Ésas son las preguntas que a mí me gusta formular”, dice Vera, que capaz de pasar horas “jugando” con las evoluciones en espiral de las señales ópticas y con los gráficos que dan forma a los eventos caóticos del cerebro.
La próxima etapa de la investigación es la realización de experimentos en ambiente de microgravedad. “Si el cerebro es un medio excitable, debe estar bajo el influjo de campos electromagnéticos y de gravedad”, deduce Vera. Para estudiar los efectos de la gravedad, ya han sido realizados experimentos en centrífuga, en el laboratorio, y en vuelo parabólico, en el cual una aeronave sube rápidamente en un ángulo de 45 grados y luego apaga sus turbinas, haciendo que la proa apunte hacia el suelo para completar la parábola. De ese modo, durante 10 ó 20 segundos, el avión entra en caída libre, una situación en la cual todo lo que se encuentra dentro del mismo permanece casi libre del efecto de la gravedad, es decir, entra en un ambiente de microgravidad. Los resultados obtenidos serán ahora confrontados con los experimentos embarcados en cohetes de sondeo, que permiten crear condiciones de microgravedad durante varios minutos.
Gel en vuelo
En abril, el cohete brasileño VS-30, desarrollado por el Instituto de Aeronáutica y Espacio (IAE), del Centro Técnico Aeroespacial del Ministerio de Aeronáutica, ubicado en São José dos Campos, levantará vuelo desde la base de Alcântara, Maranhão, cargando dos placas de Petri (pequeños receptáculos de vidrio o de plástico) con un gel que reacciona de una manera muy similar a la retina. “Queremos evaluar las semejanzas y la diferencias entre las estructuras dinámicas en la retina y en el gel”, explica Vera. Mientras tanto, una plataforma para ocho retinas estará siendo preparada en Alemania, para despegar desde Suecia en 2003. Estos experimentos forman parte de un acuerdo de colaboración en microgravedad en biología entre la USP y la Universidad de Hohenheim. El profesor José Roberto Castilho Piqueira, de la Poli, y el profesor Wolfgang Hanke, director de la División de Fisiología de Membrana de esa universidad alemana, coordinan ese estudio.
El desarrollo de un prototipo lo suficientemente portátil como para ser embarcado en un cohete resultará en un producto que podrá ser interesante especialmente para los hospitales distantes de los grandes centros urbanos. “Basta que el local cuente con un mínimo de infraestructura, tal como agua de buena calidad y un enchufe para conectarlo”, dice Vera. Y una producción a mayor escala podría abaratar el costo de la plataforma, estimado en 180 mil dólares en esa fase de desarrollo del proyecto. Pese a que aún no hay contactos con empresas interesadas en producir la plataforma de tests, lo importante en este momento es que, desde la investigación básica en neurología hasta su aplicación, éste es un trabajo nacido y fundamentado en Brasil.
En las ondas del cerebro
La “depresión propagada de Leão” es un concepto bastante conocido por los estudiosos de la neurofisiología. El mismo evoca una onda de excitación que se propaga por la corteza cerebral, seguida de una depresión, un “silenciamiento” de las ondas eléctricas. Este fenómeno recibió el nombre del primer científico que lo describió en 1944, el brasileño Aristides Azevedo Pacheco Leão, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) que también fue presidente de la Academia Brasileña de Ciencias entre 1967 y 1981.
Al estudiar las ondas eléctricas en el cerebro de un conejo, un contacto accidental sobre el córtex expuesto provocó este curioso fenómeno. Actualmente, se sabe que aquello que se denomina “aura” de la jaqueca clásica, las manifestaciones visuales que preceden al dolor de cabeza, tiene correlación con la depresión propagada. Actualmente, uno de los mayores especialistas en depresión propagada es el profesor Hiss Martins Ferreira, profesor de la UFRJ, que trabajó con Leão y, más tarde, con Gustavo Oliveira e Castro, también profesor del Instituto de Biofísica de la misma universidad. En la década del 60, Castro desarrolló el preparado de retina y demostró que la onda que se forma en el tejido retinal es similar a la onda formada en la corteza cerebral.
EL PROYECTO
Autoorganización, Espacio Temporal (Estructuras Disipativas en Sistemas Complejos Lejos del Equilibrio)
Modalidad
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinador
Vera Maura Fernandes de Lima – Anvisa y Poli/ USP
Inversión
R$ 11.170,90 y US$ 87.566,90
