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Última actualizaciónLun, 01 Ago 2022 12pm

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Terapias cardíacas: diseñan y prueban con éxito betabloqueantes controlados con luz

Un trabajo probado en peces cebra muestra el potencial de la fotofarmacología en futuras terapias de corazón más precisas y con menos efectos secundarios. El estudio se publica en la revista Angewandte Chemie International Edition, seleccionado como 'Hot Paper'.


Los científicos han diseñado fármacos para el tratamiento de patologías cardíacas que se activan y controlan mediante luzInvestigadores del Instituto de Química Avanzada de Cataluña (IQAC), en colaboración con el Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA) del han desarrollado moléculas que permiten controlar mediante la luz la actividad de los receptores beta adrenérgicos localizados en los cardiomiocitos, células del músculo cardiaco.

La investigación, publicada en la revista Angewandte Chemie International Edition y probada en modelos de pez cebra, muestra el potencial de la fotofarmacología (fármacos activados y controlados mediante luz) para el estudio y control de la fisiología cardíaca, y su aplicabilidad en seres vivos. Los resultados de este trabajo apuntan a la generación de futuras terapias más precisas y con menos efectos secundarios.

Los receptores adrenérgicos, localizados en la superficie de las células, son activados por unas sustancias llamadas catecolaminas (adrenalina y noradrenalina) y su regulación es esencial para el correcto funcionamiento del corazón y de muchos otros procesos fisiológicos. Uno de estos receptores es el llamado receptor β-adrenérgico, que se encuentra en el corazón, las arterias y los pulmones. Con la llegada de las catecolaminas, estos receptores se estimulan, elevando la frecuencia cardiaca y la broncodilatación, entre otros efectos.

Estos receptores son la principal diana de los fármacos betabloqueantes, que se encuentran entre los medicamentos más recetados a nivel mundial y sirven para tratar diversas patologías cardiacas, como los trastornos del ritmo cardíaco y la cardioprotección posterior a un infarto de miocardio. Estos fármacos bloquean el receptor β-adrenérgico, de tal forma que impide la unión de las catecolaminas y evita su estimulación, mejorando la función del corazón.

Sin embargo, algunos enfermos con problemas respiratorios pueden desarrollar efectos secundarios. Esos efectos podrían evitarse si el betabloqueante actuara sólo en el lugar de acción deseado (el corazón) y en el momento estrictamente necesario. Eso es lo que se persigue con la fotofarmacología.

Gran precisión en el lugar y tiempo de acción

En este estudio se diseñaron y produjeron varias moléculas fotoregulables con actividad betabloqueante. “Este trabajo presenta una nueva estrategia para el control con un alto nivel de precisión del receptor β1-adrenérgico mediante moléculas fotosensibles”, explica Xavier Rovira, investigador del grupo Química Médica en el IQAC.

“Una de las ventajas que ofrecen los fotofármacos es que permiten focalizar la acción terapéutica en un espacio y tiempo determinados. Con ello se podría modular la fisiología del organismo de manera simulando su funcionamiento normal, mejorando la eficiencia y seguridad de los tratamientos”, aclara la investigadora Anna Duran, primera autora del artículo y que hizo la tesis doctoral en el IQAC.

El trabajo demuestra que con estas moléculas betabloquantes se puede aumentar y disminuir el ritmo cardíaco mediante el uso de luz de distintos colores

Este trabajo demuestra que con estas moléculas fotoregulables, que poseen una potencia y selectividad similar a la de los betabloqueantes aprobados, se puede aumentar y disminuir el ritmo cardíaco mediante el uso de luz de distintos colores. Estas moléculas fueron probadas en ensayos in vitro, y en larvas vivas de pez cebra. “Este estudio confirma el enorme potencial del pez cebra como modelo de vertebrado en estudios de fotofarmacología cardíaca”, indica Demetrio Raldúa, investigador del grupo Toxicología Ambiental en el IDAEA.

Este trabajo es la primera prueba de concepto del potencial de la fotofarmacología para el estudio y control de la fisiología cardíaca en entornos nativos sin necesidad de modificación genética, donde el β1-adrenérgico juega un papel fundamental. Este tipo de moléculas podrían cumplir con los procedimientos y requisitos de fármacos convencionales que desarrollan las empresas farmacéuticas.

El futuro: escenarios posibles

Pero ¿cómo activar los fotofármacos mediante luz en lugares como el corazón u otros órganos internos? Los investigadores imaginan microsistemas implantables, microleds, que permitan controlar de forma precisa la liberación localizada de un medicamento, así como la cantidad de luz que se necesita para activarlo. Se podría implantar en un órgano o en el tejido subcutáneo. Este tipo de dispositivos se encuentran en desarrollo actualmente en laboratorios internacionales del campo de la bioingeniería.

Así, por ejemplo, en el futuro, un paciente con patologías cardíacas podría llevar una pulsera- sensor que monitorice sus constantes vitales. El paciente puede estar tomando cada día una medicación de fotofármacos que no tendrá ningún efecto sobre su cuerpo mientras estos no sean activados con luz.

“Entonces, cuando al paciente le sobrevenga una crisis cardíaca, un microled (más pequeño que la cabeza de un alfiler) irradiará con luz la zona apropiada para activar la medicación, al mismo tiempo que enviará un informe médico al centro hospitalario. El microled podría estar instalado en una región muy concreta del corazón y se activaría automáticamente cuando el sensor detecte una anomalía en las constantes del paciente”, explica Xavier Rovira.

“En el futuro se desarrollarán moléculas con distintas capacidades de control por luz para futuras aplicaciones en investigación y se espera que éste y futuros trabajos inspiren el desarrollo de tratamientos para enfermedades cardíacas mucho más eficientes y con menores efectos secundarios para los pacientes”, concluye Rovira.

Artículo de referencia:

Anna Duran-Corbera, Melissa Faria, Yuanyuan Ma, Eva Prats, André Dias, Juanlo Catena, Karen L. Martinez, Demetrio Raldua, Amadeu Llebaria, Xavier Rovira. A Photoswitchable Ligand Targering the β1-Adrenoceptor Enables Light-Control of the Cardiac Rhythm. Angewandte Chemie. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202203449