La metalómica aplicada al desarrollo de potenciales metalofármacos

En el marco del Grupo de Bioanalítica y Especiación de Facultad de Química, trabajando en forma interdisciplinaria con el Grupo de Química Inorgánica Medicinal de Facultad de Química y el Laboratorio de Interacciones Moleculares de Facultad de Ciencias, se optimizó y validaron diferentes metodologías bioanalíticas para el monitoreo de potenciales metalofármacos con actividad anti-Trypanosoma cruzi, parásito protozoario causante de la enfermedad de Chagas.

La metalómica es un área emergente de las disciplinas ómicas que ha crecido enormemente desde su concepción como disciplina académica en el año 2004. Esta disciplina integra las investigaciones relacionadas con biometales, junto a otras disciplinas como la Genómica, la Proteómica, la Metabolómica y la Química Bioinorgánica.
Se define como el estudio del metaloma, las interacciones y conexiones funcionales de iones o especies metálicas con genes, proteínas, metabolitos y otras biomoléculas en sistemas biológicos.
El estudio del metaloma de una especie puede proporcionar información sobre la distribución de un elemento entre los compartimentos celulares, sobre el entorno de coordinación en el cual se incorpora una biomolécula o sobre la concentración de las especies metálicas individuales presentes. De esta forma, cumple un papel muy importante en el suministro de información integrada que conecta a la metalómica con otras disciplinas ómicas [1].
El término metalómica se escuchó por primera vez en junio de 2002 durante el Seminario de Ingeniería Química realizado en Tokushima-Japón, donde se sugirió el desarrollo de esta nueva disciplina ómica, la cual estuvo estrechamente influenciada por el progreso de la Espectrometría Atómica Analítica, en particular por la Espectrometría de Masas acoplada a Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS) y la Espectrometría de Emisión Atómica por Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-AES).
Desde mediados de la década de 1970, las técnicas ICP-MS e ICP-AES se han posicionado como herramientas analíticas altamente sensibles con excelentes posibilidades de cuantificación simultánea de múltiples elementos. En la actualidad es posible realizar análisis de básicamente todos los elementos en cualquier tipo de muestra mediante alguna de estas dos técnicas. Asimismo, está reportado el uso de varias otras técnicas para estudios metalómicos como la Espectrometría de Absorción Atómica Electrotérmica (ETAAS), la Espectrometría de Emisión Atómica por Plasma de Microondas (MP-AES), la Espectroscopia de Plasma Inducido por Láser (LIBS) y la Espectrometría de Fluorescencia de Rayos X de Dispersión de Energía (EDXRF), entre otras, dependiendo del fin buscado.
Dentro del campo de la metalómica, un estudio de carácter bioanalítico muy común es el ensayo de captura celular de potenciales metalofármacos, con el fin de establecer posibles blancos de acción. Haciendo uso de una técnica analítica adecuada, se puede realizar el monitoreo del centro metálico, y de esta forma evaluar el porcentaje que es capaz de ingresar a un determinado tipo de célula. Asimismo, se puede estudiar la distribución a nivel subcelular y la asociación del metalofármaco con biomacromoléculas de interés.
En este contexto, en el marco del Grupo de Bioanalítica y Especiación (BIOESP) de Facultad de Química, trabajando en forma interdisciplinaria con el Grupo de Química Inorgánica Medicinal de Facultad de Química y el Laboratorio de Interacciones Moleculares de Facultad de Ciencias, hemos optimizado y validado diferentes metodologías bioanalíticas para el monitoreo de potenciales metalofármacos con actividad anti-Trypanosoma cruzi, parásito protozoario causante de la enfermedad de Chagas, la cual constituye un problema sanitario acuciante en áreas de alta pobreza de América Latina. En particular hemos trabajado con las técnicas ETAAS y MP-AES.
En el marco de proyectos nacionales e internacionales, se ha sintetizado un gran número de compuestos metálicos con actividad anti-Trypanosoma cruzi, utilizando como estrategia la coordinación de iones metálicos o centros organometálicos de importancia farmacológica con ligandos orgánicos bioactivos que poseen actividad contra Trypanosoma cruzi. La unión al metal puede modificar propiedades como la solubilidad, lipofilia, estabilidad y propiedades electrónicas y de transporte del ligando orgánico, generándose especies que pueden resultar más activas y/o menos tóxicas.
Estos compuestos metálicos pueden actuar afectando dos o más blancos en el parásito: el propio del ligando y otros resultantes de la presencia del metal. Las propiedades biológicas del compuesto metal-ligando bioactivo dependerán de la naturaleza del centro metálico y del ligando bioactivo, de la presencia de coligandos y, fundamentalmente, de las propiedades fisicoquímico-estructurales del mismo. En este sentido, el grupo se ha enfocado al diseño racional de compuestos metálicos antiparasitarios basado en conocimientos adquiridos en investigaciones sucesivas en cuanto a relaciones estructura química – propiedades fisicoquímicas – actividad biológica. Este formato de trabajo ha conducido a aportes importantes al conocimiento que han sido volcados al ámbito científico, siendo los estudios de carácter metalómico de captura celular de vital importancia para comprender el destino de los potenciales metalofármacos desarrollados.
En este contexto, se evaluó recientemente el potencial como agente antitripanosómico de un nuevo compuesto de fórmula fac-Re(I)(CO)3(tmp)(CTZ), con CTZ = clotrimazol y tmp = 3,4,7,8-tetrametil-1,10-fenantrolina. Dado que éste mostró muy buena actividad contra la forma epimastigota de Trypanosoma cruzi, con valores de IC50 en el rango micromolar bajo, fue seleccionado para llevar a cabo estudios metalómicos de captura celular. Para esta tarea, se desarrolló y validó un nuevo método bioanalítico basado en la técnica MP-AES.
La veracidad del método se aseguró mediante el análisis de un material de referencia certificado. Los resultados del análisis elemental de renio por MP-AES coincidieron con la fórmula propuesta del compuesto, lo que contribuyó a la validación general del método, que luego fue aplicado a la determinación del porcentaje de renio captado por los parásitos y la asociación del compuesto con las principales biomacromoléculas: proteínas solubles, fracción insoluble, ADN y ARN.
Los resultados del estudio metalómico mostraron un bajo porcentaje de renio total captado por los parásitos, alrededor del 1,2 %, y una acumulación preferencial en la fracción de proteínas solubles, alrededor del 82,8%. Esta misma tendencia fue observada para complejos heterolépticos de oxidovanadio (V) evaluados previamente por el grupo de investigación. La baja localización del compuesto en las fracciones de ADN y ARN, menor al 1%, permitió descartar estas biomoléculas como principales blancos de acción.
El método desarrollado resultó ser una alternativa económica y en acuerdo con los principios de la Química Analítica Verde para los estudios metalómicos de potenciales metalofármacos de renio, aplicada por primera vez para el análisis de este elemento en particular [2].
Estudios de similares características se han realizado previamente en el marco de nuestro grupo de investigación mediante la técnica ETAAS, donde se desarrollaron y validaron metodologías bioanalíticas confiables, que fueron aplicadas exitosamente a estudios de captura celular de potenciales metalofármacos de paladio [3] y vanadio [4].
Este tipo de trabajos interdisciplinarios ponen de manifiesto la importancia del desarrollo y validación de métodos bioanalíticos como estrategias metalómicas para llevar adelante estudios de captura celular, con el fin de evaluar el destino y los posibles blancos y mecanismos de acción de potenciales metalofármacos. Asimismo, promueven el papel clave de la Química Bioanalítica en apoyo a la Química Inorgánica Medicinal durante el desarrollo de nuevos compuestos racionales, en la búsqueda de respuestas a importantes problemas de salud pública.

Dr. Ignacio Machado
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