Prótesis moleculares para restaurar la visión

Imagen izquierda: Imagen histológica de la retina de un animal rd10 al mes de edad, en la que se observa una alteración importante de la capa de los fotorreceptores de la retina. Imagen derecha: Raton rd10, con una retina totalmente degenerada, que es capaz de "encontrar" la luz (experimento en un laberinto de agua).
CIBER | miércoles, 20 de julio de 2016

Un equipo de investigación liderado por Pau Gorostiza, investigador del CIBER-BBN en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), y Amadeu Llebaria, del Instituto de Química Avanzada de Cataluña (IQAC) del CSIC, ha desarrollado unas moléculas que pueden ser aplicadas como prótesis moleculares reguladas por luz para ayudar a restaurar la visión en los casos de degeneración de retina.

En el estudio, que se publica en la revista Nature Communications, y en el que han colaborado otros investigadores del ICIQ, INA, IRB Barcelona, CIBER-BBN, Cátedra Bidons Egara y de las universidades Miguel Hernández (Alicante) y Alcalá de Henares (Madrid), se describen estas moléculas, que forman parte de una nueva clase de fármacos regulados por luz, los fotoconmutadores covalentes (targeted covalent photoswitches, TCPs).

Las moléculas, desarrolladas conjuntamente por los científicos del CIBER-BBN/IBEC y del IQAC-CSIC, se pueden activar o desactivar mediante un haz de luz, como interruptores. De esta manera, se consigue que proteínas de las neuronas implicadas en la visión puedan responder de manera parecida a la que se da en condiciones fisiológicas normales, desencadenando una respuesta cuando reciben luz. Las moléculas podrían actuar como moléculas protésicas y restaurar con ellas la fotorespuesta de las retinas degeneradas.

Cambian de forma al recibir luz

Amadeu Llebaria, investigador del CSIC en el Instituto de Química Avanzada del Cataluña (IQAC), explica: “En condiciones normales, las células fotoreceptoras de la retina (los conos y los bastones) son las que reaccionan al recibir luz y activan, a su vez, otras células de la retina. Las moléculas que hemos diseñado se activan por la luz: al recibir luz cambian de forma, lo que modifica su interacción con los receptores neuronales implicados en el envío de señales visuales al cerebro. El nuestro es un trabajo conceptual, un primer paso para demostrar que la técnica es posible, que estas células podrían reemplazar la función de los conos y los bastones cuando estos estuvieran dañados”.

Eduardo Fernández, jefe de grupo del CIBER-BBN e investigador de la Cátedra Bidons Egara de la Universidad Miguel Hernández, que también ha colaborado en la investigación, comenta que estas nuevas moléculas han sido capaces de restablecer las respuestas fisiológicas a la luz en un modelo animal de retinosis pigmentaria, que es una enfermedad degenerativa de la retina en la que desaparecen los fotoreceptores. Estos estudios, en los que han colaborado investigadores de las universidades Miguel Hernández de Elche y Alcalá de Henares, sugieren que esta nueva tecnología podría abrir nuevas vías de tratamiento para algunas enfermedades oculares con la retinosis pigmentaria, la degeneración macular y otras enfermedades degenerativas de la retina. Sin embargo, aunque los resultados preliminares son muy prometedores los investigadores implicados advierten que todavía queda mucho trabajo por hacer y que es muy importante avanzar poco a poco y no crear falsas expectativas.

Con esta técnica, se abre una vía hacia nuevos tratamientos revolucionarios basados en el control de la actividad de moléculas pequeñas, aunque la aplicación en pacientes, admiten los científicos, aun está lejos.

Aplicable en diferentes organismos

Hasta la fecha, el tipo más común de moléculas que se podían fotoactivar eran los ligandos fotocrómicos (photochromic ligands, PCLs), que actúan de forma reversible sobre los receptores de luz naturales del organismo, los conos y los bastones. Pero a menudo, sólo eran eficientes a unas concentraciones suficientemente elevadas, que no siempre se conseguían cuando se diluían las moléculas en el tejido. Una forma de evitar este inconveniente, es unir de forma permanente las moléculas a su receptor mediante técnicas de manipulación genética, pero esto conlleva otras limitaciones, especialmente para aplicaciones terapéuticas.

La nueva estrategia química desarrollada por los investigadores en este trabajo ofrece una buena eficacia y se puede aplicar a proteínas endógenas sin necesidad de recurrir a técnicas de manipulación genética.

"Nuestras prótesis moleculares pueden trabajar en diferentes organismos, incluso potencialmente en humanos, en los que las técnicas actuales de opto-manipulación genética son bastante limitadas. Esta perspectiva hace que los resultados en la fotosensibilización de la retina sean especialmente atractivos", explica Pau Gorostiza, que es también profesor de investigación ICREA.

Amadeu Llebaria añade que este tipo de tratamiento, aunque lejano, podría ayudar a recuperar la sensibilidad a la luz y a la oscuridad con un fármaco. Eso aumentaría la calidad de vida de personas con problemas de visión debido a degeneración retiniana.

"En comparación con los métodos disponibles en la actualidad para restaurar la fotorrespuesta en la retina, como los implantes de retina, nuestras moléculas pueden ayudar a evitar la cirugía y proporcionar un mejor acoplamiento para la fotoestimulación, así como disminuir el tiempo de rehabilitación al aprovechar el procesado natural de señales neuronales en la retina", concluye Pau Gorostiza.

 

Artículo de referencia: M. Izquierdo-Serra, A. Bautista-Barrufet, A. Trapero, A. Garrido-Charles, A. Díaz-Tahoces, N. Camarero, S. Pittolo, S. Valbuena, A. Pérez-Jiménez, M. Gay, A. García-Moll, C. Rodríguez-Escrich, J. Lerma, P. de la Villa, E. Fernández, M. À. Pericàs, Amadeu Llebaria, & P. Gorostiza (2016). Optical control of endogenous receptors and cellular excitability using targeted covalent photoswitches. Nature Communications, epub ahead of print