Un equipo de investigación liderado por Pau Gorostiza, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en el Parc Científic de Barcelona (PCB) y, Amadeu Llebaria, del Instituto de Química Avanzada de Cataluña (IQAC) del CSIC, ha desarrollado unas moléculas que pueden ser aplicadas como prótesis moleculares para ayudar a restaurar la visión en los casos de degeneración de retina. En el estudio, que se publica en la revista Nature Communications, tambiénha colaborado la investigadora Marina Gay,  del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), con sede en el PCB. 

Las moléculas, desarrolladas conjuntamente por los científicos del 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 respond¬er 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. Estas moléculas forman parte de una nueva clase de fármacos regulados por luz, los fotoconmutadores covalentes (Targeted Covalent Photoswitches, TCPs)

En el estudio también han colaborado científicos del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), el Instituto de Neurociencias de Alicante (centro mixto del CSIC y la Universidad Miguel Hernandez), el Centro de Investigación Biomédica en Red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), la Cátedra Bidons Egara de la Universidades Miguel Hernández (Elche) y la Universidad de Alcalá de Henares (Madrid).

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 que enviarán la señal visual al cerebro. 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, de la Cátedra Bidons Egara de la Universidad Miguel Hernández, comenta que estas nuevas moléculas han sido capaces de restablecer las respuestas fisiológicas a la luz en un modelo animal de retinosis pigmentaria (enfermedad degenerativa de la retina en la que desaparecen los fotoreceptores). Estos estudios sugieren que esta nueva tecnología podría abrir nuevas vías de tratamiento para algunas enfermedades oculares como  la retinosis pigmentaria, la degeneración macular y otras enfermedades degenerativas de la retina. 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 pueden fotoactivar son los ligandos fotocrómicos (Photochromic Ligands, PCL), que actúan de forma reversible sobre los receptores de luz naturales del organismo (los conos y los bastones). Pero a menudo, sólo son eficientes a unas concentraciones suficientemente elevadas, que no siempre se consiguen cuando se diluyen 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», explica Pau Gorostiza, profesor de investigación ICREA en el IBEC.

«En comparación con los métodos actuales 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.

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.

• 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.