Los investigadores de PSI han descubierto un truco sorprendente que podría ampliar las posibilidades de uso médico de la toxina botulínica A1, más conocida con el nombre de Botox, como agente activo. Han desarrollado proteínas similares a anticuerpos que aceleran el efecto de la enzima en la transmisión de señales nerviosas. Esto sugiere que Botox podría, por ejemplo, ser capaz de aliviar el dolor más rápidamente que antes.
El artículo se publica en la revista Nature Communications. .
La neurotoxina botulínica A1, más conocida con la marca Botox, es en realidad una toxina nerviosa producida por bacterias. Obtuvo una amplia conciencia pública gracias a su uso como ayuda cosmética. A muchas personas se lo inyectan en las arrugas para que parezcan más jóvenes.
La sustancia bloquea la transmisión de señales de los nervios a los músculos, relajándolos para que los rasgos faciales parezcan suaves. Lo que es menos conocido:el Botox también se utiliza muy a menudo en medicina terapéutica para tratar afecciones que pueden deberse a calambres musculares o señales nerviosas defectuosas, incluidos dolores, espasmos, debilidad de la vejiga, rechinar de dientes y desalineaciones, por ejemplo de los ojos. El Botox se utiliza incluso en el tratamiento del cáncer de estómago, para bloquear el nervio vago y así ralentizar el crecimiento del tumor.
En cualquier terapia, es fundamental utilizar este medicamento altamente eficaz de manera muy específica y con una dosis cuidadosa, ya que el Botox es la toxina nerviosa natural más potente de todas, que puede provocar una parálisis peligrosa en un cuadro clínico llamado botulismo. Sólo unos cien nanogramos administrados por vía intravenosa pueden ser suficientes para matar a una persona, porque la toxina paraliza los músculos respiratorios, entre otros.
Las neurotoxinas botulínicas se clasifican en siete grupos de serotipos, designados con las letras de la A a la G. El Botox utilizado en cosmética pertenece al primer grupo. Concretamente se denomina subtipo A1. Se sabe que otros tres serotipos (B, E y F) también pueden provocar botulismo en humanos; E y F actúan significativamente más rápidamente, pero no tanto como A y B.
El efecto aparece al cabo de unas horas y dura algunas semanas, lo que abre importantes posibilidades, por ejemplo en el tratamiento del dolor y en la ortopedia. Los tipos C y D son eficaces en algunas especies animales como las aves; hasta la fecha no se han observado casos de botulismo con el tipo G.
Los serotipos son producidos principalmente por diferentes cepas de la bacteria Clostridium botulinum. Estos microbios prosperan anaeróbicamente, es decir, en ausencia de oxígeno, y se encuentran principalmente en el suelo, así como en sedimentos marinos y fluviales. Si entran en contacto con los alimentos y se almacenan en recipientes herméticos, como puede ser el caso de las conservas, existe el riesgo de contaminación con la toxina. Comerlo puede provocar botulismo. Sin embargo, la enfermedad ocurre muy raramente; En los últimos 10 años, en Suiza sólo se han producido uno o dos casos al año.
En un proyecto de investigación, un equipo dirigido por Richard Kammerer del Laboratorio de Investigación Biomolecular de PSI quería investigar si sería posible influir en la acción de la toxina.
"Para ello, junto con el bioquímico Andreas Plückthun de la Universidad de Zúrich, hemos creado 25 de los llamados DARPins", afirma Kammerer. Las DARPins son proteínas pequeñas producidas artificialmente que funcionan de manera similar a los anticuerpos. Se utilizan en terapia y diagnóstico, así como en investigaciones médicas fundamentales.
La idea era encontrar DARPins que se unieran selectivamente al llamado dominio catalítico del Botox serotipo A1, la parte de la enzima responsable de su efecto sobre los nervios, cortando determinadas proteínas. Se esperaba que los DARPins inhibieran esta función.
"In vitro, es decir, en muestras individuales en el tubo de ensayo, hemos identificado un candidato adecuado que limita la función de la toxina botulínica", informa Kammerer.
A través de estudios en Swiss Light Source SLS de PSI, los investigadores pudieron observar con precisión el complejo de DARPin y el dominio catalítico, hasta el nivel molecular, y descubrir cómo DARPin previene la escisión.
Pero cuando los investigadores también probaron este DARPin en cultivos celulares, en colaboración con un equipo del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Padua en Italia, de repente se hizo evidente un efecto completamente diferente (de hecho, opuesto):la acción tóxica del Botox. (la escisión de proteínas que son importantes para la transmisión de señales de los nervios) tuvo efecto incluso más rápidamente de lo habitual.
"Al principio pensamos que habíamos hecho algo mal", dice Oneda Leka, investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Investigación Biomolecular de PSI y primera autora del estudio. Pero otros experimentos confirmaron el hallazgo contradictorio:en lugar de disminuir, el efecto tóxico de la enzima Botox se aceleró.
Ahora los investigadores repitieron los experimentos con músculos reales, los diafragmas de ratones. Estos permanecen intactos durante mucho tiempo en una solución nutritiva y son un modelo favorito para probar los efectos de las toxinas nerviosas. También en este caso los resultados indicaron que con el DARPin el efecto paralizante de la toxina se produjo más del doble de rápido.
Ahora la gran pregunta era:¿Por qué es así? La posible explicación es muy compleja bioquímicamente. En pocas palabras, los DARPins en realidad desestabilizan la toxina de tal manera que son transportados más rápidamente al interior de las células nerviosas. Como resultado, la toxina surte efecto más rápidamente.
"Por este motivo, creemos que DARPin podría ampliar el espectro de posibles usos de la neurotoxina botulínica", afirma Oneda Leka.
Aunque los investigadores no realizaron ninguna prueba comparativa en el marco de este estudio, parece que la neurotoxina botulínica A1 con DARPin actúa considerablemente más rápido que la A1 sin anticuerpos. Al mismo tiempo, la duración del efecto sigue siendo significativamente mayor que la de E y F.
Por lo tanto, la adición de este DARPin proporciona una variante intermedia entre el serotipo A y los serotipos E y F. El resultado, por inesperado que fuera, abre nuevas posibilidades para tratar una variedad de enfermedades. Según Richard Kammerer, "en la medicina del dolor podría ser interesante un aditivo que acelere la aparición del efecto de un fármaco extremadamente eficaz y de larga duración".
Más información: Oneda Leka et al, A DARPin promueve un inicio más rápido de la acción de la neurotoxina botulínica A1, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-44102-4
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Paul Scherrer
