Tener control absoluto de la actividad de una molécula en un organismo, o decidir cuando, dónde y cómo se activa un fármaco:estos son algunos de los objetivos posibles con las llamadas moléculas fotoconmutables, compuestos que cambian sus propiedades en presencia de determinadas ondas de luz. Los resultados de un estudio liderado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) junto con la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), acerca este objetivo un paso más.

Usando láseres de luz infrarroja pulsada, Los científicos han activado moléculas ubicadas dentro del tejido neural con una eficiencia de casi el 100 por ciento. "Es un desarrollo que abre la puerta a una gran cantidad de aplicaciones, incluidos los medicamentos que solo actúan en el punto del cuerpo que está iluminado y, por lo tanto, están libres de efectos secundarios no deseados en otras regiones, y el control espacial y temporal de cualquier proteína cuya función queramos estudiar en el contexto de un organismo, "dice Pau Gorostiza, Profesor investigador ICREA y responsable del Grupo de Nanoprobes y Nanoswitches del IBEC. El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Interruptores fotosensibles de alta precisión

La molécula fotoconmutable que utilizaron los investigadores es una nueva variante del azobenceno, un compuesto químico que tiene una forma plana en la oscuridad, pero que se dobla cuando se expone a la luz. La fotofarmacología busca aprovechar esta propiedad peculiar para controlar la actividad de los fármacos:se introduce en el organismo un fármaco inactivo combinado con azobenceno. El diseño del fármaco solo permite su funcionamiento cuando el azobenceno está doblado. De este modo, el medicamento solo surtirá efecto en los puntos donde se irradia la luz que estimula el azobenceno, evitando así los efectos secundarios asociados con la acción del fármaco en otras áreas donde está presente el azobenceno.

Hasta hace poco, Las técnicas basadas en moléculas fotoconmutables utilizan láseres de onda continua de luz violeta o azul (estimulación de un fotón) para activar estos compuestos. un método que no permite focalizar el estímulo. "Queríamos que la molécula se activara en un punto específico, no a lo largo de todo el haz de luz que irradiamos. Vimos que las transiciones de dos fotones usando luz infrarroja pulsada podrían lograr esto, pero la eficiencia fue muy baja, y las aplicaciones eran limitadas. Las moléculas que hemos desarrollado ahora logran este efecto con una eficiencia del 100 por ciento. Es una tecnología muy robusta y precisa para manipular la actividad neuronal, "dijeron Jordi Hernando y Ramon Alibés, investigadores del Departamento de Química de la UAB que han dirigido parte de este trabajo junto con Josep Mª Lluch y Félix Busqué.

Los investigadores han demostrado la eficacia de la técnica en neuronas de ratón y en un modelo animal para el estudio de circuitos neuronales. el gusano Caenorhabditis elegans. "A pesar de que las células de un tejido neuronal están muy juntas, hemos logrado seleccionar aquellos en los que queríamos activar la molécula fotoconmutable ".

Estimulación mediante absorción de dos fotones, predicho por Maria Göppert-Mayer y demostrado utilizando los láseres pulsados ​​desarrollados por los ganadores del Premio Nobel de Física en 2018, Donna Strickland y Gérard Mourou, ha representado una revolución para la visualización y manipulación de la actividad neuronal.

Los resultados de este desarrollo abren la puerta a nuevas líneas de investigación en el campo molecular. Con la técnica descrita, Los científicos poseerán un control espacio-temporal sin precedentes sobre cualquier molécula fotoconmutable que deseen investigar.