Imagen: Patrick Denker. Fuente: Flickr.
¿Se puede, simplemente, “apagar” el dolor? Un equipo de químicos de la Universidad Ludwig Maximilians (LMU) de Munich, en Alemania, han demostrado que sí: en experimentos de laboratorio han conseguido inhibir la actividad de las neuronas sensibles al dolor utilizando un agente fotosensible que funciona como “interruptor”.
El sistema desarrollado por el equipo de la LMU, liderado por el profesor de biología química y genética Dirk Trauner, está basado en un compuesto químico al que los investigadores han bautizado como QAQ.
Según publica la LMU en un comunicado, la molécula del QAQ está formada por dos partes funcionales, con un amonio cuaternario cada una. Estos amonios están conectados entre sí por un enlace doble de nitrógeno.
Este enlace o puente es lo que forma el “interruptor” inhibitorio del dolor. Su estructura puede ser alterada por la luz: si se irradia sobre la célula una luz con una longitud de onda específica, el enlace y, en consecuencia, también la molécula que lo contiene, pasa de tener una forma doblada a extenderse. Por el contrario, la exposición a una luz de diferente color hace que el puente se doble de nuevo.
Analgesia molecular
Estas variaciones en la forma del enlace son las que permiten inhibir o restaurar las señales dolorosas, porque a su vez activan o desactivan una de las partes funcionales de la molécula del QAQ de las que hemos hablado.
Se trata de una mitad de la molécula que se parece mucho a uno de los análogos activos de la lidocaína, un anestésico local muy conocido y usado por los dentistas.
La lidocaína funciona como analgésico porque bloquea la percepción del dolor al inhibir la actividad de los receptores que se encuentran situados en células nerviosas específicas de la piel. Estas células son las que responden a los estímulos dolorosos y las que trasmiten las señales recibidas a la médula espinal.
El QAQ trabaja con unos receptores celulares específicos, los neurorreceptores, que son unas proteínas que se extienden por la membrana externa de las neuronas y que poseen poros deformables que se abren en repuesta a los estímulos apropiados.
Una vez abiertos, estos poros funcionan como conductos que permiten que iones con carga eléctrica salgan o entren de las células. Por estos canales penetraron las moléculas de QAQ.
El sistema desarrollado por el equipo de la LMU, liderado por el profesor de biología química y genética Dirk Trauner, está basado en un compuesto químico al que los investigadores han bautizado como QAQ.
Según publica la LMU en un comunicado, la molécula del QAQ está formada por dos partes funcionales, con un amonio cuaternario cada una. Estos amonios están conectados entre sí por un enlace doble de nitrógeno.
Este enlace o puente es lo que forma el “interruptor” inhibitorio del dolor. Su estructura puede ser alterada por la luz: si se irradia sobre la célula una luz con una longitud de onda específica, el enlace y, en consecuencia, también la molécula que lo contiene, pasa de tener una forma doblada a extenderse. Por el contrario, la exposición a una luz de diferente color hace que el puente se doble de nuevo.
Analgesia molecular
Estas variaciones en la forma del enlace son las que permiten inhibir o restaurar las señales dolorosas, porque a su vez activan o desactivan una de las partes funcionales de la molécula del QAQ de las que hemos hablado.
Se trata de una mitad de la molécula que se parece mucho a uno de los análogos activos de la lidocaína, un anestésico local muy conocido y usado por los dentistas.
La lidocaína funciona como analgésico porque bloquea la percepción del dolor al inhibir la actividad de los receptores que se encuentran situados en células nerviosas específicas de la piel. Estas células son las que responden a los estímulos dolorosos y las que trasmiten las señales recibidas a la médula espinal.
El QAQ trabaja con unos receptores celulares específicos, los neurorreceptores, que son unas proteínas que se extienden por la membrana externa de las neuronas y que poseen poros deformables que se abren en repuesta a los estímulos apropiados.
Una vez abiertos, estos poros funcionan como conductos que permiten que iones con carga eléctrica salgan o entren de las células. Por estos canales penetraron las moléculas de QAQ.
Encendido y apagado
De hecho, en sus experimentos, los investigadores aprovecharon que el QAQ puede filtrarse en los canales iónicos para llevar sus moléculas al interior de las células nerviosas. Este es un paso crucial del proceso, porque el lugar de actuación del QAQ está localizado en la cara interior de dichos canales iónicos.
Una vez en ellos, la parte del QAQ similar a la lidocaína se enlaza a los canales, pero sólo si la molécula se encuentra en una conformación extendida.
Es aquí donde entra a funcionar el interruptor: la exposición a una luz con una longitud de onda de 500 nanómetros hizo que el enlace entre amonios y, como consecuencia, la molécula que los contenía, cobrase una forma extendida, lo que permitió que dicha parte del QAQ se enlazase a los canales y se produjese la acción inhibitoria del dolor.
Por el contrario, cuando las células recibieron una luz de 380 nanómetros, la irradiación dobló el puente, y la transmisión de las señales dolorosas fue reactivada en cuestión de milisegundos.
Los dos procesos resultaron ser reversibles (simplemente había que cambiar la luz). Los efectos analgésicos del sistema han sido demostrados usando un modelo animal.
Aplicación terapéutica aún lejana
El equipo de Trauner ha estado trabajando durante mucho tiempo en técnicas que permitan controlar, en animales vivos y mediante impulsos luminosos, máquinas moleculares biológicamente esenciales, como los neurorreceptores.
Por ejemplo, en 2010, los científicos desarrollaron un receptor que inhibía de manera reversible la actividad neuronal, también como respuesta a la luz.
Los investigadores contemplaban en principio el método del QAQ como herramienta para estudios neurobiológicos, en particular sobre la neurobiología del dolor. Por eso, parece que sus aplicaciones terapéuticas aún quedan lejos.
Según ellos, para que en un futuro pueda ser usado el QAQ como analgésico aún quedan por resolver varias cuestiones. Por ejemplo, la luz monocromática usada para modificar la molécula QAQ no puede penetrar en la piel humana lo suficientemente como para alcanzar las neuronas sensibles al dolor.
Este problema podría resolverse buscando alternativas al QAQ que respondan a la luz roja de longitud de onda más larga, que atraviesa más fácilmente la piel, afirman los científicos. Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista Nature Methods.
De hecho, en sus experimentos, los investigadores aprovecharon que el QAQ puede filtrarse en los canales iónicos para llevar sus moléculas al interior de las células nerviosas. Este es un paso crucial del proceso, porque el lugar de actuación del QAQ está localizado en la cara interior de dichos canales iónicos.
Una vez en ellos, la parte del QAQ similar a la lidocaína se enlaza a los canales, pero sólo si la molécula se encuentra en una conformación extendida.
Es aquí donde entra a funcionar el interruptor: la exposición a una luz con una longitud de onda de 500 nanómetros hizo que el enlace entre amonios y, como consecuencia, la molécula que los contenía, cobrase una forma extendida, lo que permitió que dicha parte del QAQ se enlazase a los canales y se produjese la acción inhibitoria del dolor.
Por el contrario, cuando las células recibieron una luz de 380 nanómetros, la irradiación dobló el puente, y la transmisión de las señales dolorosas fue reactivada en cuestión de milisegundos.
Los dos procesos resultaron ser reversibles (simplemente había que cambiar la luz). Los efectos analgésicos del sistema han sido demostrados usando un modelo animal.
Aplicación terapéutica aún lejana
El equipo de Trauner ha estado trabajando durante mucho tiempo en técnicas que permitan controlar, en animales vivos y mediante impulsos luminosos, máquinas moleculares biológicamente esenciales, como los neurorreceptores.
Por ejemplo, en 2010, los científicos desarrollaron un receptor que inhibía de manera reversible la actividad neuronal, también como respuesta a la luz.
Los investigadores contemplaban en principio el método del QAQ como herramienta para estudios neurobiológicos, en particular sobre la neurobiología del dolor. Por eso, parece que sus aplicaciones terapéuticas aún quedan lejos.
Según ellos, para que en un futuro pueda ser usado el QAQ como analgésico aún quedan por resolver varias cuestiones. Por ejemplo, la luz monocromática usada para modificar la molécula QAQ no puede penetrar en la piel humana lo suficientemente como para alcanzar las neuronas sensibles al dolor.
Este problema podría resolverse buscando alternativas al QAQ que respondan a la luz roja de longitud de onda más larga, que atraviesa más fácilmente la piel, afirman los científicos. Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista Nature Methods.