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Químicos de la UIB aumentan los efectos antivíricos y anticancerígenos de fármacos mediante la interacción con iones metálicos El Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica también ha desarrollado compuestos cuyos efectos se muestran superiores a las citoquininas -hormonas vegetales-, a la hora de acelerar el crecimiento de algunas especies Resumen efectos superiores a los que muestran los productos originales. Así, el grupo ya ha conseguido sintetizar Observar cómo actúan ciertos compuestos en la compuestos antivíricos que se han mostrado efectivos naturaleza y tratar de perfeccionar sus acciones en ante algunas cepas víricas resistentes. determinado sentido, aumentando alguna de sus En otro ámbito, el grupo investiga la capacidad de propiedades, constituye la labor esencial del Grupo de algunos complejos con rutenio para combatir la Química Bioorgánica y Bioinorgánica de la UIB. Más metástasis tumoral. Finalmente, en una línea de concretamente, a partir de moléculas con propiedades investigación recientemente iniciada, los biológicas y/o farmacológicas conocidas o previsibles, investigadores han conseguido sintetizar compuestos los investigadores ensayan la síntesis de nuevos que superan a las citoquininas naturales en su papel compuestos mediante la introducción de iones hormonal, registrando índices de crecimiento metálicos en sus estructuras, obteniendo moléculas espectaculares en las plantas a las que se han que pueden tener una aplicación farmacológica y con administrado dichos compuestos. PALABRAS CLAVE: complejos metálicos, antivíricos, bispurinas, bispirimidinas, citoquininas KEYWORDS: metal complexes, antivirals, bispurines, bispirimidines, cytokinins Figura 1. Un cambio en el átomo metálico, magnesio en la clorofila y hierro en la hemoglobina, genera una especificidad de acción. Los metales en el organismo de hierro. Sin la unión del oxígeno a ese átomo de hierro sería imposible transportarlo a todas las células La interacción entre iones metálicos y moléculas de del organismo y, por tanto, no se podría dar la interés biológico y/o farmacológico constituye el ámbito respiración celular. de investigación del Grupo de Química Bioorgánica y En el caso de la clorofila, cuatro anillos pirrólicos, Bioinorgánica, dependiente del Departamento de parecidos a los de la hemoglobina, se unen a un Química de la UIB. Aunque algunos integrantes del átomo de magnesio. Por tanto, un cambio en el átomo grupo trabajan en este campo desde 1977, el grupo se metálico genera una espcificidad de acción totalmente constituyó como tal en 1992. Forman parte de él los propia y característica (Fig. 1). profesores Àngel Terron Homar y Joan Jesús Fiol Arbós (química inorgánica) y Ángel García Raso Como en estos casos, en los que la presencia de (química orgánica). hierro y magnesio es capital, un buen número de elementos químicos están presentes en el organismo y, además, resultan esenciales para la vida. Entre los La interacción de iones metálicos con moléculas orgánicas tiene una primera consecuencia: la modificación de sus características y propiedades elementos esenciales se encuentran el hierro, el cinc, el silicio, el cobre, el magnesio, el níquel, el cobalto, el manganeso, el molibdeno, el vanadio…( Fig. 2). La interacción de iones metálicos con moléculas orgánicas tiene una primera consecuencia: la modificación de sus características y propiedades. Un caso paradigmático lo constituyen los enzimas, Este tipo de interacciones entre moléculas e iones proteínas que catalizan las reacciones biológicas. La metálicos, en las que el grupo centra su investigación, actividad de los enzimas no depende, en ocasiones, no son ajenas al metabolismo de los organismos. sólo de su estructura como proteína, sino de un Algunas moléculas esenciales para la vida son, cofactor que puede ser o bien un ión metálico, o bien precisamente, el resultado de este tipo de otra molécula orgánica (coenzima), o bien ambos a la interacciones. vez. Así, la hemoglobina es una proteína formada por cuatro cadenas polipeptídicas a cada una de las En estos casos, el ión metálico puede actuar como cuales se une un grupo hemo que contiene un átomo centro catalítico primario, como puente de unión entre la enzima y su sustrato o con una función El caso del aciclovir estabilizadora de la propia actividad enzimática. El aciclovir, 9-[(2-hidroxietoxi)metil]guanina, es un No es extraño, pues, que distintos grupos de análogo sintético de la guanosina, un nucleósido investigadores como el de Química Bioorgánica y natural, en el que se ha substituido el ciclo de azúcar Bioinorgánica de la UIB, hayan partido de moléculas por una cadena lateral lineal. Este fármaco se utiliza orgánicas conocidas, o bien de moléculas diseñadas sobre todo en el tratamiento del virus del herpes. El artificialmente que cumplen unas características aciclovir actúa inhibiendo la ADN-polimerasa del virus, deseadas previamente, para preparar, a partir de la un enzima que posibilita la replicación del material interacción con iones metálicos, nuevas estructuras genético y, por tanto, la multiplicación del virus. Ahora que aumenten las propiedades de esas moléculas bien, no todos los herpesvirus son detenidos por el iniciales en un sentido determinado. Se trata, por aciclovir; algunas cepas han desarrollado mecanismos tanto, de sintetizar compuestos totalmente nuevos, no de resistencia. existentes en la naturaleza, y comprobar posteriormente cuál es su comportamiento. Así por ejemplo, el grupo ha ensayado la modulación de la toxicidad de ciertos metales mediante la interacción con moléculas orgánicas adecuadas. En este estudio, realizado en Drosophila melanogaster, la mosca del vinagre, el grupo contó con la colaboración La aplicación farmacológica de moléculas que contienen iones metálicos avanza muy lentamente. Una de las razones es el rechazo del paciente a ser tratado con compuestos que incorporen metales del doctor José Aurelio Castro, del Laboratorio de Genética de la UIB. Los trabajos sobre modulación de toxicidad mostraron que el ión cobre, Cu (II), libre es El Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica de prácticamente letal a bajas concentraciones (200 ppm) la UIB emprendió el proyecto de "perfeccionar" el cuando es administrado a D. melanogaster. Sin efecto de esta molécula farmacológica mediante la embargo, si el ión se encuentra unido a ciertas incorporación de diversos iones metálicos. La tarea de moléculas orgánicas, se reduce su toxicidad, los investigadores consistió en diseñar y sintetizar requiriéndose concentraciones mucho más elevadas nuevas moléculas, incorporando cationes níquel (II), (500 ppm o más) para que sea letal. cobalto (II) y cinc (II). Gracias a la colaboración con el Figura 2. Destacados en la tabla periódica pueden verse los elementos químicos que está presentes en los organismos. Figura 3. Mediante técnicas de observación basadas en rayos X, los investigadores comprueban los efectos de la interacción de iones metálicos con el ADN celular. En las imagenes puede apreciarse la acción nucleasa de una molécula sobre el ADN circular de un plásmido. grupo de investigación que dirige la doctora toxicidad no se halla en el metal, sino en la dosis Varadinova, en la Universidad de Sofia (Bulgaria), se ingerida del metal". ensayaron las moléculas sintetizadas por el grupo de la UIB en cultivos in vitro de las cepas resistentes, En todo caso el temor es infundado. Lo demuestra, por pudiéndose comprobar un aumento del efecto ejemplo, el hecho de que la adición de cobre al ácido antívirico del aciclovir "perfeccionado" con cinc. acetilsalicílico (aspirina) elimina la tendencia de éste a desarrollar procesos ulcerosos en el apartado digestivo Estos resultados se presentaron en agosto de 2004 en del paciente. la reunión COST D20 Conference, celebrada en Garmisch-Partenkirchen (Alemania). La investigación en cáncer Aunque ya hayan transcurrido cuarenta años desde que Barnett Rosenberg descubriera que pequeñas concentraciones de platino diminuían considerablemente la velocidad de la división celular, descubrimiento que condujo al desarrollo de toda una familia de fármacos antitumorales en los que interviene ese metal, la aplicación farmacológica de moléculas El rutenio, como en el caso del platino, parece afectar a la molécula de ADN. En concreto origina un replegamiento de la cadena de doble hélice que impide su replicación. Los fármacos que pudieran desarrollarse sobre ese efecto, actuarían inhibiendo la división celular y evitando los procesos de metástasis que contienen iones metálicos avanza muy lentamente. La mayoría de los fármacos contienen únicamente moléculas orgánicas, estructuras en las Manteniendo su interés fundamental de estudiar la que intervienen átomos de hidrógeno, carbono, interacción entre iones metálicos y moléculas de oxígeno, nitrógeno, pero no iones metálicos. interés biológico y/o farmacológico, los investigadores En parte, esa lentitud es debida a cierto rechazo del han ido variando el tipo de moléculas que han paciente a ser tratado con compuestos que incorporan centrado sus estudios. En un principio trabajaron con metales en sus estructuras, un rechazo que no tiene nucleótidos, péptidos y aminoácidos. La gama de fundamentos argumentales sólidos ya que, como moléculas se amplió con los años y el grupo se ha hemos visto, muchos metales son elementos marcado nuevos objetivos: la obtención de derivados esenciales para el organismo. Como afirman los sintéticos de purinas o pirimidinas antivíricas (el investigadores del grupo de Química Bioorgánica y aciclovir "mejorado" es un ejemplo de esta línea de Bioinorgánica de la UIB, "el presunto peligro de investigación); así como de derivados de ácidos hipúricos (complejos ternarios con bases sintetizadas en los meristemas. Sus efectos son nitrogenadas). múltiples: estimulan la germinación de las semillas e Uno de los objetivos del grupo es ensayar la inducen la formación de brotes juveniles, entre otros. interacción de iones metálicos con el ADN celular (Fig. 3). En concreto, los investigadores han abordado la El Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica manera en que el rutenio afecta al material genético, inició durante el año 2004 una colaboración con el un proyecto que llevan a cabo en colaboración con el area de Fisiologia Vegetal del Departamento de profesor Turel, de la Universidad de Ljubljana Biología de la UIB con el objetivo de estudiar la (Eslovenia). actividad citoquínica de distintas series de compuestos El rutenio, como en el caso del platino, parece afectar sintéticos en plantas. En este estudio los a la molécula de ADN, provocando un replegamiento investigadores han contado con la ayuda de la doctora de la cadena de doble hélice que impide su Catalina Cabot. replicación. Como en el caso del platino, los fármacos En este caso, como en los anteriores, se trata de que pudieran desarrollarse sobre ese efecto del ensayar compuestos, cuya síntesis se realiza en el rutenio actuarían inhibiendo la división celular y laboratorio, y que no sólo mimetizan la acción de las evitando los procesos de metástasis. citoquininas naturales, sino que la aumentan. Los primeros resultados se pueden calificar de Las citoquininas espectaculares (Fig. 4). Diversos compuestos sintetizados por el grupo han sido aplicados a Las citoquininas son un grupo de reguladores del plántulas de crisantemo, lúpulo y kiwi, registrándose crecimiento en los vegetales. Constituyen uno de los tasas de crecimiento muy elevadas en comparación cinco grupos de moléculas consideradas como con las registradas mediante el tratamiento con fitohormonas. Estimulan la división celular y son citoquininas naturales. Figura 4. Diferencias en el crecimiento de plantas de crisantemo tratadas con citoquininas naturales (fotografía de la izquierda) o bien con compuestos sintetizados por el Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica (fotografía de la derecha). Proyecto financiado Título: Síntesis y caracterización de ligandos derivados de bases púricas, primidínicas y compuestos con propiedades farmacológicas. Estudio de su química de coordinación con cationes metálicos. Acrónimo: SCLDBPPCPF Referencia: BQU2002-02546 Entidad finaciadora: Ministerio de Ciencia y Tecnología. Periodo: 2002-2005 Investigador responsable Dr. Àngel Terrón Homar, profesor titular de Química Inorgánica Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica Departamento de Química Edifici Mateu Orfila i Rotger Tel.: 971 173249 angel.terron@uib.es Figura 4. En primer término de izquierda a derecha: Joan Jesús Fiol, Ángel García Raso, Francisca María Albertí, María Isabel Cabra y Angel Terrón. En segundo término de izquierda a derecha: Andrés Tasada, Miquel Barceló y Tomeu Soberats. Otros miembros del equipo Profesores Dr. Joan Jesús Fiol Arbós, profesor titular de Química Inorgánica dqujfa0@uib.es Dr. Angel García Raso, profesor titular de Química Orgánica angel.garcia-raso@uib.es Dr. Luís Angel Herrero-Aísa, profesor asociado. Dr. Bartomeu Adrover Fiol, profesor asociado. Colaboradores Dr. Ferran Bàdenas Jovani Dra. Adela López-Zafra Estudiantes de tercer ciclo Andrés Tasada Lozano Miquel Barceló Oliver Francisca María Albertí Aguiló Webs de interés http://www.uib.es/depart/dqu/dqui/cbioinorganica/moduls/M1intro.html Grupo de Química Bioorgánica y Bioinorgánica Publicaciones (2001-2004) M.C. Capllonch, A. García Raso, A. Terrón, M.C. Apella, E. Espinosa, E. Molins. Interaccions of d10 metal ions with hippuric acid and cytosine: X-ray structure of the first cadmium(II)-amino acid derivative-nucleobase ternary compound. J. Inorg. Biochem, 85:173-178 (2001) A. 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