Un treball provat en peixos zebra mostra el potencial de la fotofarmacologia per a futures teràpies de cor més precises i amb menys efectes secundaris. L'estudi es publica a la revista Angewandte Chemie International Edition, seleccionat com a 'Hot Paper'.

Els científics han dissenyat fàrmacs per al tractament de patologies cardíaques que s'activen i controlen mitjançant llumInvestigadors de l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC), en col·laboració amb l'Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l'Aigua (IDAEA) han desenvolupat molècules que permeten controlar mitjançant la llum l'activitat dels receptors beta adrenèrgics localitzats als cardiomiòcits, cèl·lules del múscul cardíac.

La investigació, publicada a la revista Angewandte Chemie International Edition i provada en models de peix zebra, mostra el potencial de la fotofarmacologia (fàrmacs activats i controlats mitjançant llum) per a l'estudi i el control de la fisiologia cardíaca, i la seva aplicabilitat en éssers vius. Els resultats d’aquest treball apunten a la generació de futures teràpies més precises i amb menys efectes secundaris.

Els receptors adrenèrgics, localitzats a la superfície de les cèl·lules, són activats per unes substàncies anomenades catecolamines (adrenalina i noradrenalina). La seva regulació és essencial per al funcionament correcte del cor i de molts altres processos fisiològics. Un d'aquests receptors és l'anomenat receptor β-adrenèrgic, que es troba al cor, les artèries i els pulmons. Amb l'arribada de les catecolamines, aquests receptors s'estimulen, elevant la freqüència cardíaca i la broncodilatació, entre d'altres efectes.

Aquests receptors són la principal diana dels fàrmacs betabloquejants, que es troben entre els medicaments més receptats a nivell mundial i serveixen per tractar diverses patologies cardíaques, com els trastorns del ritme cardíac i la cardioprotecció posterior a un infart de miocardi. Aquests fàrmacs bloquegen el receptor β-adrenèrgic, de manera que impedeix la unió de les catecolamines i evita la seva estimulació, millorant la funció del cor.

Tot i així, alguns malalts amb problemes respiratoris poden desenvolupar efectes secundaris. Aquests efectes es podrien evitar si el betabloquejador actués només al lloc d'acció desitjat (el cor) i en el moment estrictament necessari. Això és el que es persegueix amb la fotofarmacologia.

Gran precisió en el lloc i el temps d'acció

En aquest estudi es van dissenyar i produir diverses molècules fotoregulables amb activitat betabloquejant. “Aquest treball presenta una nova estratègia per al control amb un alt nivell de precisió del receptor β1-adrenèrgic mitjançant molècules fotosensibles”, explica Xavier Rovira, investigador del grup Química Mèdica a l'IQAC.

“Un dels avantatges que ofereixen els fotofàrmacs és que permeten focalitzar l'acció terapèutica en un espai i un temps determinats. Amb això es podria modular la fisiologia de l'organisme simulant-ne el funcionament normal, millorant l'eficiència i la seguretat dels tractaments”, aclareix la investigadora Anna Duran, primera autora de l'article i que va fer la tesi doctoral a l'IQAC.

El treball demostra que amb aquestes molècules es pot augmentar i disminuir el ritme cardíac mitjançant l'ús de llum de diferents colors

Aquest treball demostra que amb aquestes molècules fotoregulables, que tenen una potència i selectivitat similar a la dels betabloquejants aprovats, es pot augmentar i disminuir el ritme cardíac mitjançant l'ús de llum de diferents colors. Aquestes molècules van ser provades en assajos in vitro, i en larves vives de peix zebra. A més, “aquest estudi confirma l'enorme potencial del peix zebra com a model de vertebrat en estudis de fotofarmacologia cardíaca", indica Demetrio Raldúa, investigador del grup Toxicologia Ambiental a l'IDAEA.

Els resultats són la primera prova de concepte del potencial de la fotofarmacologia per a l'estudi i el control de la fisiologia cardíaca en entorns nadius sense necessitat de modificació genètica, on el β1-adrenèrgic juga un paper fonamental. Aquest tipus de molècules podrien complir amb els procediments i requisits de fàrmacs convencionals que desenvolupen les empreses farmacèutiques.

Escenaris possibles

Però com activar els fotofàrmacs mitjançant llum a llocs com el cor o altres òrgans interns? Els investigadors imaginen microsistemes implantables, microleds, que permetin controlar de manera precisa l'alliberament localitzat d'un medicament, així com la quantitat de llum que cal per activar-lo. Es podria implantar en un òrgan o en el teixit subcutani. Aquest tipus de dispositius es troben en desenvolupament actualment a laboratoris internacionals del camp de la bioenginyeria.

Així, per exemple, en el futur, un pacient amb patologies cardíaques podria portar una polsera-sensor que monitoritzi les seves constants vitals. El pacient pot estar prenent cada dia una medicació de fotofàrmacs que no tindrà cap efecte sobre el cos mentre aquests no siguin activats amb llum.

“Aleshores, quan al pacient li sobrevingui una crisi cardíaca, un microled (més petit que el cap d'una agulla) irradiarà amb llum la zona apropiada per activar la medicació, alhora que enviarà un informe mèdic al centre hospitalari. El microled podria estar instal·lat en una regió molt concreta del cor i s'activaria automàticament quan el sensor detecti una anomalia a les constants del pacient”, explica Xavier Rovira.

"En el futur es desenvoluparan molècules amb diferents capacitats de control per llum per a futures aplicacions en investigació i s'espera que aquest i futurs treballs inspirin el desenvolupament de tractaments per a malalties cardíaques molt més eficients i amb menors efectes secundaris per als pacients", conclou Rovira.

Article de referència:

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