Científicos descubren cómo destruye la luz una membrana de las células

La descripción de este mecanismo puede permitir el desarrollo de la terapia fotodinámica que se aplica en el combate contra el cáncer e infecciones bacterianas, y también de protectores solares más eficientes

Por André Julião  |  Agência FAPESP – La incidencia de la luz cumple un papel fundamental en la alteración de las células humanas. Un ejemplo conocido es el de la luz del Sol, que provoca desde el envejecimiento epidérmico hasta el cáncer de piel. Con todo, poco se sabe aún acerca de cómo esto ocurre. 

Pero los científicos han logrado describir por primera vez el mecanismo mediante el cual la luz destruye las membranas lipídicas y puede llevar a la muerte de las células. Las futuras aplicaciones de este descubrimiento pueden ser versiones más eficientes de la llamada terapia fotodinámica, aplicada contra algunos tipos de cáncer y contra infecciones bacterianas. Asimismo, el conocimiento de este mecanismo abre el camino hacia el desarrollo de protectores solares más eficientes.  

Los investigadores han logrado estipular parámetros tendientes a crear moléculas más eficientes al dañar membranas, para que las células se tornen así más susceptibles a la terapia fotodinámica, en la cual se emplea la luz para eliminar células cancerosas o bacterias. 

Este trabajo, publicado en Journal of the American Chemical Society, es el resultado del doctorado de Isabel Bacellar en el Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), Brasil, en el ámbito del Centro de Investigación en Procesos Redox en Biomedicina (Redoxoma), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) financiados por la FAPESP.

Parte de este estudio se realizó con una beca de investigación en el exterior de la FAPESP.

“Demostramos que a la hora de escoger un fotosensibilizador [una sustancia que permite la conversión de la energía de la luz en un daño en la membrana celular], de nada sirve tener en cuenta únicamente cuánto oxígeno singlete [una especie reactiva de oxígeno] genera, tal como se ha hecho hasta ahora”, dijo Bacellar, quien actualmente realiza un posdoctorado en la Universidad de Montreal, en Canadá.

“El oxígeno singlete es importante, pero en el proceso de daño en la membrana descubrimos que lo fundamental es la cantidad de aldehídos lipídicos [sustancias que abren poros en las membranas y llevan al derramamiento del contenido de la célula o de sus orgánulos] que genera el fotosensibilizador”, dijo. 

“Cuando se comprende el mecanismo del daño en la membrana, se puede tanto desarrollar una molécula más eficiente para destruir la membrana de los orgánulos −en el caso del cáncer o de una infección bacteriana− como prevenir el daño que ocurre cuando nos exponemos a la luz solar”, dijo Mauricio da Silva Baptista, docente del IQ-USP y coordinador del estudio.

De la manteca a la piel

Todas las células están recubiertas por una membrana, formada a su vez por una capa doble de lípidos que separa el interior del exterior. Los llamados fosfolípidos forman la base estructural de esa capa doble y tienden a sufrir oxidaciones, que pueden tornar a las membranas permeables y provocar la muerte celular. La inducción de dichas oxidaciones mediante la incidencia de luz puede aumentar ostensiblemente la extensión de los daños provocados a los lípidos.

“La oxidación lipídica ocurre incluso al oscuro, pero es mayor cuando hay luz. Tal como sucede con la manteca, que posee lípidos y se pone rancia si permanece fuera de la heladera durante mucho tiempo. Eso es una oxidación lipídica también”, dijo Da Silva Baptista.

Para arribar a estos resultados, los investigadores utilizaron un modelo experimental en el cual aplicaron dos fotosensibilizadores en una membrana artificial elaborada con sustancias presentes en la membrana de las células. Los fotosensibilizadores fueron el azul de metileno y el DO15.  

El DO15 exhibió un rendimiento mejor y dotó a las membranas de una mayor permeabilidad y de manera significativamente más rápida que el azul de metileno. Luego los investigadores identificaron y cuantificaron todos los productos generados durante la reacción de las membranas con los fotosensibilizadores: hidroperóxidos, alcoholes, cetonas y aldehídos fosfolipídicos.

El objetivo de esta tarea consistió en entender el mecanismo mediante el cual el DO15 fue más eficiente al permeabilizar las membranas. Lo que se mostró más importante en el proceso fue el aumento significativo en la producción de aldehídos.

“El oxígeno singlete −que era tenido hasta entonces como el agente más importante en ese proceso− y el hidroperóxido tienen efectivamente su importancia. Pero lo que demostramos en este trabajo es que la producción de aldehídos constituye el principal factor a la hora de destruir la membrana lipídica”, dijo Bacellar. 

Ahora, el grupo de Da Silva Baptista y otros colaboradores intentan desarrollar moléculas más eficientes aún que el DO15 para dotar a la membrana de las células de una mayor susceptibilidad a la luz. Así podrán obtenerse nuevos fotosensibilizadores, con la mira puesta en las terapias fotodinámicas. 

El artículo intitulado Photosensitized Membrane Permeabilization Requires Contact-Dependent Reactions between Photosensitizer and Lipids (doi: 10.1021/jacs.8b05014), de Isabel O. L. Bacellar, Maria Cecilia Oliveira, Lucas S. Dantas, Elierge B. Costa, Helena C. Junqueira, Waleska K. Martins, Andrés M. Durantini, Gonzalo Cosa, Paolo Di Mascio, Mark Wainwright, Ronei Miotto, Rodrigo M. Cordeiro, Sayuri Miyamoto y Mauricio S. Baptista, se encuentra disponible en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b05014.