El nitroxilo: un avance en la prevención de infartos e isquemias

Luego de más de diez años de trabajo en el Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE, UBA-CONICET), el equipo de investigación a cargo de Fabio Doctorovich desarrolló un sensor de nitroxilo con un enorme potencial de aplicación en las ciencias médicas. Como parte de este proceso, este año se firmó un convenio con una empresa para su uso en el desarrollo de tratamientos farmacológicos contra las patologías cardiovasculares y sus consecuencias.

El nitroxilo (HNO) es una molécula inorgánica sencilla pero muy reactiva, por lo que es muy difícil de ubicar. Hasta hace quince años se conocía muy poco de su química básica, de su caracterización estructural y de su reactividad, entre otras cosas, y por lo tanto no se conocían sus probables repercusiones biológicas. “En este sentido, representaba un área de vacancia en el área de conocimiento y luego de trabajar casi una década estudiando el óxido nítrico (NO) y sus reacciones con metales, decidimos incursionar con el HNO”, comenta Doctorovich, investigador principal del CONICET y director del equipo del INQUIMAE que desarrolló el sensor.

Según explican los investigadores la célula cardíaca, a nivel molecular, tiene que liberar calcio de un compartimiento llamado retícula para poder contraerse, provocar los latidos y activar el mecanismo circulatorio. El HNO actúa justamente sobre uno de los canales de calcio de este receptáculo y lleva al aumento de la liberación de calcio y la contractilidad del corazón, lo que a su vez incrementa la contractilidad de estas células y tiene además un efecto vasodilatador.

“El HNO presenta una actividad farmacológica diferencial y por lo tanto es una alternativa terapéutica al tratamiento con NO, una droga ya reconocida por sus efectos cardiovasculares. Dada la dificultad de evaluar los efectos del HNO, por su reactividad, la herramienta que desarrollamos es de gran ayuda porque permite cuantificarlo de manera selectiva, in vivo, y estudiar cómo se libera, a qué velocidad y bajo qué condiciones, por ejemplo”, explica Marcelo Martí, investigador independiente del Consejo.

En 2014 la reconocida revista Accounts of Chemical Research recopiló los avances de este grupo de investigación durante los últimos años en el estudio del óxido nítrico y del nitroxilo, destacando su relevancia en el campo. Además Nature Communications publicó recientemente el resultado de una colaboración con científicos alemanes donde, gracias a la utilización del sensor desarrollado por los científicos argentinos, se logró determinar el rol relevante del HNO en ciertos mecanismos neurovasculares.

Un largo camino a la tecnología

Hacia 2001 los investigadores comenzaron a estudiar las interacciones del HNO con porfirinas de metales, comenzando por el hierro. Las porfirinas son moléculas que sirven de modelo de los sitios activos de las enzimas, entonces permiten observar las interacciones de moléculas con su entorno. Por ejemplo, el sitio activo de la hemoglobina para el transporte de oxigeno tiene una porfirina con hierro.

“Si bien había equipos que ya habían estudiado la interacción de hemoproteínas completas con HNO, nadie se había decidido a hacerlo con estos modelos de la química más básica. Por esto nosotros comenzamos a trabajar con las porfirinas para conocer las características de HNO”, explica Doctorovich.

Sin embargo, según Martí, el primer obstáculo que enfrentaron fueron las propias características de estas porfirinas.

“El NO y el HNO son muy parecidos, y uno puede convertirse en el otro. A su vez, las porfirinas de hierro reaccionan con ambas moléculas y entonces no servían para distinguir y caracterizar el HNO separadamente. Pero cuando pasamos a trabajar con porfirinas de manganeso obtuvimos buenos resultados: eran más selectivas y pudimos ver que unas reaccionaban con NO y otras con HNO exclusivamente”, explica Martí.

A partir de este punto los científicos se propusieron un nuevo desafío: desarrollar un método electroquímico que les permitiera medir la cantidad de HNO en una solución, es decir que insertando un electrodo en el medio pudieran determinar la presencia y la concentración de HNO en función de esa corriente eléctrica.

El electrodo o sensor debía cumplir tres condiciones claves para ser efectivo: que la porfirina sea capaz de unir el HNO a un dado potencial del electrodo y que eso dé la señal para medirlo, además era necesario que después la porfirina lo libere y regrese al estado previo. Y, finalmente, era esencial que la porfirina fuera selectiva, es decir que en el estado que tiene que sensar HNO no se le uniera NO.

“Fue con la porfirina de cobalto que logramos obtener señal y la probamos depositada sobre oro donde finalmente logramos los mejores resultados. Lo interesante de esto es hay muchos sistemas en lo que se supone que está el HNO pero nunca se había podido medir, y con esta herramienta sí es posible”, comenta Sebastián Suárez becario doctoral del CONICET en el INQUIMAE.

Según Martí, en ese momento comenzaron a interactuar intensamente con otros científicos del campo y por eso se plantearon nuevos objetivos relacionados con utilizar el dispositivo sensor para entender esta molécula en sus roles químicos o biológicos. Actualmente ya superaron las pruebas con modelos animales y lograron darle una geometría adecuada para este fin – en forma de bastones.

“Lo que tiene nuestro dispositivo a diferencia de todos los demás disponibles es que por un lado, no es invasivo ya que lo único que se introduce en el medio es una pequeña porción de metal completamente inerte. La otra ventaja que tiene es que podemos ver la concentración de HNO en tiempo real porque el electrodo da una respuesta inmediata, dado que es una corriente eléctrica que es proporcional a la concentración de HNO”, destaca Doctorovich.

El dispositivo ya se está empleando en el desarrollo de fármacos que podrían prevenir infartos y accidentes cerebrovasculares.