SCIENCE PHOTO LIBRARYAlerta rojo: el núcleo oval del mastocito atrapado y cercado por gránulos (en rojo) que contiene heparina, liberada como respuesta ante la presencia de bacterias y virusSCIENCE PHOTO LIBRARY
Siempre fue complicado separar los diversos tipos de heparina, una sustancia que producen la mayoría de los organismos y que se utiliza como anticoagulante. Cada tipo, con un peso molecular propio, puede tener funciones distintas, e incluso opuestas. Al comparar las características estructurales de una heparina de bajo peso molecular, utilizada desde hace décadas, con las de ultrabajo peso molecular, que se producen hace tan sólo algunos años, investigadores de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) verificaron que las propiedades anticoagulantes de estas últimas pueden variar de acuerdo con la composición de las cadenas de azúcares que las componen y con el propio peso molecular, pese a ser estructuralmente similares a las de bajo peso molecular.
“Cuanto menor sea el peso molecular, más específica será la acción de la heparina sobre determinadas enzimas fundamentales para la coagulación de la sangre”, dice Helena Nader, docente de la Unifesp y una de las principales expertas en heparina en el mundo. En los años 1970, su supervisor de doctorado y futuro marido, Carl Peter Dietrich, fallecido en 2005, aisló la heparina de bajo peso molecular, lo cual permitió su producción en amplia escala como anticoagulante. Ahora, el equipo de la Unifesp desarrolló una metodología para identificar las estructuras químicas de las heparinas de bajo y ultrabajo peso molecular, mostrando cómo utilizar mejor cada grupo y abriendo nuevas posibilidades de uso.
“Ahora podemos entender los mecanismos de acción de las heparinas de bajo y ultrabajo peso molecular más utilizadas en la actualidad”, afirma Marcelo Andrade de Lima, investigador del Departamento de Bioquímica de la Unifesp y primer autor de un artículo publicado en la revista Thrombosis and Haemostasis en marzo de 2013 y destacado por los editores en marzo de 2014 como uno de los trabajos más relevantes publicados en la propia revista durante el año anterior.
De este modo, fue posible identificar las reacciones químicas utilizadas para producir cada tipo de heparina, evitando equívocos y falsificaciones. A partir de ahí, los expertos podrían desarrollar reacciones químicas específicas para la obtención de heparinas de ultrabajo peso molecular mediante acciones nuevas o más específicas. “Podríamos determinar por qué camino queremos que esos nuevos compuestos actúen en el organismo y, así, crear nuevos agentes terapéuticos”, dice Lima.
Las heparinas, que son producidas por las células denominadas mastocitos, presentes en diferentes tejidos, en general, se ligan a un inhibidor natural de la coagulación denominado antitrombina, aumentando hasta 2 mil veces la velocidad con la que la antitrombina inhibe las enzimas responsables de la coagulación. Por eso son bastante utilizadas para evitar la formación de coágulos, que pueden resultar fatales. El proceso de coagulación constituye una secuencia de reacciones enzimáticas. De manera similar a una cascada, se unen una a otra, convirtiendo las proenzimas en enzimas activas, que finalmente transforman una proteína soluble, el fibrinógeno, en otra insoluble, denominada fibrina, que corresponde al producto final de la coagulación.
“Todas las heparinas actúan en la misma forma sobre la antitrombina”, dice Nader. No obstante, cuanto menor sea su peso molecular, será más selectiva su actividad. Las heparinas convencionales, a las que se denomina no fraccionadas, están constituidas por moléculas con pesos moleculares diferentes, que luego de ligarse a la antitrombina, inhiben la actividad de al menos cinco enzimas a partir del inicio del proceso de coagulación de la sangre. Las que tienen bajo peso molecular actúan fundamentalmente sobre dos enzimas clave en el proceso: el Factor Xa y la trombina, o Factor IIa. Las de ultrabajo peso molecular son aún más selectivas y solamente actúan sobre la Xa, inhibiendo su actividad. “Al separar las heparinas de acuerdo con su peso molecular y características estructurales peculiares, restringimos su actividad, cada vez más específica”, afirma Lima.
Los rastros de la heparina
Estas reacciones se conocen desde hace décadas, pero pocos científicos se habían preocupado por identificar las estructuras químicas responsables de su acción anticoagulante. En colaboración con investigadores del estado de Paraná, Estados Unidos y Francia, Lima y Nader desarrollaron una metodología destinada a determinar las diferencias entre dos fármacos del grupo de las heparinas de ultrabajo peso molecular: la semuloparina, con un peso molecular de 2.900 daltons (la unidad de medida de la masa molecular), que se produce en Francia; y la bemiparina, con 3.800 daltons, que se elabora en España. Ambas fueron comparadas con la enoxaparina, la heparina de bajo peso molecular más utilizada a nivel mundial, que también se produce en Francia, con un peso molecular de 4.100 daltons. Todas fueron elaboradas a partir de la heparina no fraccionada proveniente de la mucosa intestinal de cerdos, una de las principales fuentes de la heparina que se utiliza como medicamento.
Por medio de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y otras técnicas, el grupo de la Unifesp evaluó las características estructurales de cada sustancia y las relacionó con su peso molecular. “Desarrollamos un método que combina diferentes técnicas y análisis matemáticos para analizar esas estructuras”, dice Nader. “Luego tratamos de entender cómo podríamos utilizar esos datos para concebir nuevas drogas”.
Una vez definidas las estructuras químicas de esas heparinas en el Laboratorio Institucional de RMN de la Universidad de Campinas (Unicamp) y otros centros de análisis, los investigadores identificaron la reacción química utilizada para obtener las heparinas de bajo y ultrabajo peso molecular. Cada heparina, con peso molecular bajo y ultrabajo, se obtuvo por medio de un proceso específico. “La reacción química utilizada para despolimerizar la heparina deja rastros. Nuestro método identifica esos rastros y la reacción utilizada en la producción de cada sustancia”, informa Lima.
Uno de los rastros es la composición de las cadenas de azúcares de la heparina, que aumentan la afinidad por la antitrombina. En el caso de la semuloparina, una reacción química específica utilizada por la empresa Sanofi, de Francia, es capaz de despolimerizar la heparina preservando una secuencia de cinco azúcares, que se ligan fuertemente con la antitrombina. “Así, la semuloparina se obtuvo mediante una reacción química específica donde los pentasacáridos se preservan en la mayoría de las moléculas, resultando en un compuesto con actividad anticoagulante dirigido contra el Factor Xa y sin acción contra la trombina”, dice Nader. Esas informaciones ayudaron a suministrar una explicación para los resultados clínicos recientes. Hace tres años, la empresa francesa relató que la administración de semuloparina habría reducido en un 64% el riesgo de trombosis venosa profunda, embolia pulmonar y muertes relacionadas con el tromboembolismo venoso en pacientes con cáncer al comienzo de la quimioterapia.
En Brasil solamente se produce la heparina no fraccionada, extraída de la mucosa de vacas y cerdos. En 2012, el país exportó heparina no fraccionada por un valor de 24 millones de reales e importó las formas más purificadas, con mayor valor agregado.
Proyectos
1. Espectrometría de masas y por resonancia magnética nuclear en la caracterización estructural de glucosaminoglucanos y polisacáridos complejos de invertebrados y algas (n° 2010/ 52426-3); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigadora responsable Helena Bonciani Nader (Unifesp); Inversión R$ 819.080,01 (FAPESP).
2. Compuestos bioactivos obtenidos a partir de residuos de carcinocultivos y modificaciones químicas de la heparina (nº 2012/ 00850-1); Modalidad Beca en el país – Regular – Posdoctorado; Investigadora responsable Helena Bonciani Nader (Unifesp); Becario Marcelo Andrade de Lima (Unifesp); Inversión R$ 152.469,11 (FAPESP).
Artículos científicos
LIMA, M. A. et al. Ultra-low-molecular-weight heparins: precise structural features impacting specific anticoagulant activities. Thrombosis and Haemostasis. v. 109, n. 3, p. 471-8. mar. 2013.
CHRISTIAN W. e GREGORY Y. H. L. Editors’ Choice papers in Thrombosis and Haemostasis. Thrombosis and Haemostasis. v. 111, n. 1, p. 185-8. ene. 2014.
