• Interruptor para moléculas

    Premio "Otto” Bayer para el Profesor Dirk Trauner

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    Cultivos celulares tratados con fotostatinas: sin irradiación (izq.), los microtúbulos (verde) y núcleos celulares (azul) se ven intactos y claros. La iluminación con luz azul (der.) destruye los microtúbulos. Con ello mueren las células y los núcleos celulares empiezan a descomponerse.

Es un pionero de la fotofarmacología: el profesor Dirk Trauner encontró una nueva manera de dotar a las moléculas de un interruptor que con la luz activa controladamente procesos biológicos en una célula. Esto podría ayudar, por ejemplo, a dar terapia a enfermedades cancerosas. Los trabajos de investigación del bioquímico hicieron progresar considerablemente al área de la optogenética. Por tal motivo se le otorgó recientemente el Premio Otto Bayer 2016.

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  • El reto:
    Las quimioterapias tienen efectos secundarios extremos porque se dirigen no sólo al tejido tumoral sino a todas las células del cuerpo.

    Solution:

    El profesor de bioquímica Dirk Trauner ha encontrado una manera de equipar las moléculas con un interruptor que activa específicamente los procesos biológicos de una célula mediante la exposición a la luz. Esto podría permitir cambiar y activar selectivamente las sustancias activas.
  • Beneficio:
    Esto podría ayudar a los médicos a tratar los trastornos del cáncer, por ejemplo, y reducir drásticamente los efectos secundarios de muchos fármacos.

Todavía sigue siendo un poco ciencia ficción, pero pronto podría ser posible: encender y apagar los procesos bioquímicos en el cuerpo como un interruptor o activar los medicamentos controladamente apenas en su lugar de acción efectivo. Así, los médicos podrían desarrollar quimioterapias contra el cáncer que exclusivamente ataquen a los tumores - casi sin efectos adversos. Un equipo alrededor del bioquímico profesor Dirk Trauner de la Universidad "Ludwig Maximilian” de Mú- nich se ha acercado un poco más a este ideal: el científico logró desarrollar un interruptor molecular que se puede controlar mediante luz.

Estos fotointerruptores modifican su estructura química dependiendo de la longitud de onda de la luz a la que se expongan, en la oscuridad, las moléculas híbridas fotosensibles están inactivas. Solo con la irradiación con luz UV de onda corta, el interruptor conmuta y activa las moléculas. Si, en cambio, se irradian con luz de onda larga, regresan al estado inactivo. De este modo, el profesor Trauner les enseñó a ver a las moléculas. "También en nuestra retina, una molécula conmuta con la irradiación de luz y así nos permite apenas ver las cosas”, explica el científico. Por su trabajo de investigación, el químico de 49 años obtuvo recientemente el Premio "Otto” Bayer 2016 de la Bayer Science & Education Foundation. El reconocimiento dotado de 75 mil euros se entrega periódicamente desde 1984 a científicos que hayan hecho contribuciones que abran nuevos horizontes en el campo de la bioquímica y la química.

El Premio Otto Bayer fue presentado por primera vez en

1984

Las fotostatinas podrían revolucionar en el futuro la terapia moderna del cáncer

Desde 2008, el profesor Trauner es profesor de biología química y genética en la Universidad "Ludwig Maximilian” de Múnich. Un ejemplo de aplicación concreto de sus fotointerruptores es la terapia del cáncer. Dirk Trauner y su equipo desarrollaron para ello así llamadas fotostatinas. Las moléculas se basan en colchicina, el veneno de una especie de planta, el narciso de otoño, pero están equipadas con un fotointerruptor. La sustancia impide desde antes de la partición celular la conformación de microtúbulos. En interacción con otras proteínas, éstos organizan movimientos y mecanismos de transporte dentro de la célula. Si los microtúbulos están afectados, la célula ya no se puede partir. "La colchicina sería entonces un buen agente quimioterapéutico”, indica el Dr. Trauner. Sin embargo, su efecto también actúa en células sanas. "Los efectos adversos eran demasiado fuertes, por ello, el uso terapéutico de la colchicina queda descartado”, explica el bioquímico.

This kind of cancer therapy could be used above all to treat tumors that are accessible with LEDs, such as retinoblastoma – the most common form of eye cancer in children – and skin cancer or, using endoscopy, colorectal or bladder cancer

Distinción: Werner Baumann, Presidente del Consejo de Dirección de Bayer (izquierda) y el profesor Ernst-Ludwig Winnacker, presidente del patronato de la fundación (derecha) le entregan el Premio "Otto” Bayer al profesor Dirk Trauner.

El objetivo del profesor Trauner era "transformar el veneno celular de tal modo, que solo fuera tóxico en donde se activara.” Lo logró con las fotostatinas. Solo están activas si se irradiaron con luz azul y, por lo tanto, se pueden controlar con mucha precisión. Por lo tanto, una molécula transformada de este modo podría evitar precisamente la partición de las células tumorales, mientras que las células corporales saludables no padecerían bajo la terapia. "Los médicos tendrían que iluminar solo el tumor y mantener en oscuridad el resto del cuerpo para generar un efecto extremadamente específico del lugar de la toxina”, explica el investigador

Pero aún falta tiempo para llegar a ese momento: "Hasta ahora solo se ha logrado a nivel celular de animales de ensayo simples, como la filaria”, dice Trauner. Pero el primer paso importante ya se dio agrega: "Con una terapia contra el cáncer como ésta se podrían tratar sobre todo tumores a los que se pueda acceder fácilmente con LEDs, como los retinoblastomaslos tumores oculares más frecuentes en niños - o el cáncer de piel así como los carcinomas endoscópicos intestinales o de vejiga.” El fotointerruptor ya aprobó brillantemente el ensayo celular: en el estado activado, iluminado, las fotostatinas inhibieron la partición celular 250 veces más intensamente que en las células mantenidas en oscuridad. "Esta drástica activación inducida por luz rebasa todo lo que se ha observado hasta la fecha en la fotofarmacología”, dice el profesor Trauner. Se logró porque él y su equipo instalaron el interruptor óptico con un nuevo método que permite un aumento de la actividad particularmente grande.

Con la ayuda de los fotointerruptores se pueden controlar los microtúbulos en cuanto a tiempo y espacio

Sin embargo, las posibilidades de los fotointerruptores van más allá: los investigadores lograron incluir las fotostatinas en todos los procesos de la biología celular, en los que los microtúbulos tienen un papel: además de la partición celular también se trata, por ejemplo, del transporte de sustancias dentro de la célula y el desarrollo embrionario. Mediante las fotostatinas, los científicos pudieron controlar los microtúbulos por primera vezen cuanto a espacio y tiempo y encenderlos y apagarlos reiteradamente -y todo en fracciones de segundos. "Por ejemplo, pudimos detener el desarrollo de una célula en un momento determinado y volver a apagar después esta inhibición para observar el resto del desarrollo de la célula. Esto podría ayudar a aclarar el papel de determinadas células precursoras durante el desarrollo”, explica el doctor Trauner.

El Premio "Otto” Bayer galardona la investigación que abre nuevos horizontes

La Bayer Science & Education Foundation otorga desde 1984 el Premio "Otto” Bayer a científicos que hayan hecho contribuciones de investigación que abran nuevos horizontes en campos innovadores de la bioquímica y química. El premio se otorga en memoria del fundador del premio e inventor de la química de los poliuretanos, el profesor doctor Otto Bayer. El otrora director de investigación de Bayer, fallecido en 1982 (no emparentado con el fundador de la empresa) promovió un contacto intensivo con las escuelas superiores y apoyó la formación universitaria de las nuevas generaciones de científicos.

Sin embargo, los microtúbulos fueron solo el inicio. Las posibilidades de los fotointerruptores están lejos de agotarse: en el futuro, ingredientes activos que se puedan encender y apagar a discreción con una precisión de milímetros, podrían reducir drásticamente los efectos adversos de muchos medicamentos.