Yaiza Pérez Pérez ha explorado en su tesis doctoral el uso del anillo de tetrazina para desarrollar sistemas capaces de liberar de forma selectiva fármacos y otras moléculas de interés en presencia de sulfuro de hidrógeno (H₂S), una sustancia que se encuentra en mayor concentración en las células de este tipo de tumor. Bajo el título “Agentes terapéuticos activables por H₂S para el cáncer de colon”, fue defendida el 17 de septiembre en el Salón de Actos del Instituto de Productos Naturales y Agrobiología (IPNA-CSIC).
Dirigida por Romén Carrillo Fumero, del IPNA-CSIC, y Jimena Scoccia, contratada postdoctoral en el mismo centro bajo el programa “TALENTUM INNOVACIÓN” del Cabildo de Tenerife, la investigación se enmarca en el Programa de Doctorado en Ciencias Médicas y Farmacéuticas, Desarrollo y Calidad de Vida de la Universidad de La Laguna y cuenta con Mención Internacional. Ha tenido una ayuda predoctoral de la Asociación Española Contra el Cáncer (AECC) en Santa Cruz de Tenerife.
Una de las principales limitaciones de la quimioterapia convencional es que los fármacos por vía sistémica pueden actuar tanto sobre las células tumorales como sobre tejidos sanos, especialmente aquellos cuyas células presentan una elevada tasa de división. Las terapias dirigidas buscan aprovechar características particulares de los tumores para activar el tratamiento de manera más controlada. En el cáncer de colon, la elevada producción de sulfuro de hidrógeno constituye una de estas características y permite explorar su utilización como desencadenante de determinadas reacciones químicas.
Este estudio se centra en el anillo de tetrazina, un sistema aromático utilizado habitualmente en química bioortogonal y con aplicaciones en los ámbitos de la biología y la medicina. La tesis demuestra que sus propiedades pueden aprovecharse para desarrollar compuestos sensibles al sulfuro de hidrógeno mediante reacciones de sustitución nucleofílica aromática. Esta estrategia permite diseñar sistemas en los que una molécula de interés, como un fármaco o un fluoróforo, permanezca unida a la tetrazina hasta que se produzca la reacción desencadenada por H₂S.
A partir de esta estrategia se desarrollaron un profármaco basado en clorambucilo, una sonda fluorescente y un compuesto con características teranósticas, concebido para combinar una función terapéutica con otra de visualización. Los experimentos confirmaron la liberación del clorambucilo a partir del profármaco y la rápida activación de la sonda fluorescente en presencia de sulfuro. Los ensayos realizados con distintos tioles biológicamente relevantes mostraron asimismo una respuesta frente al anión hidrógeno sulfuro, especie en la que se encuentra principalmente el H₂S en medio fisiológico.
Yaiza Pérez.
El profármaco basado en clorambucilo también fue evaluado en modelos celulares. Los resultados mostraron actividad antitumoral selectiva en una línea celular de cáncer de colon caracterizada por una elevada concentración de H₂S, mientras que no se observó toxicidad a la concentración máxima evaluada en las otras líneas celulares empleadas. De igual forma, el análisis de un compuesto control análogo, con un anillo de diazina, en el que no tiene lugar la reacción de sustitución nucleofílica permitió apoyar el mecanismo propuesto para la activación del profármaco.
Una ventaja adicional de la estructura de la tetrazina frente a otros sistemas sensibles a este estímulo es que puede presentar, además, un carácter bifuncional, pies dispone de dos posiciones susceptibles de participar en este tipo de reacciones. Esta propiedad permite plantear sistemas capaces de liberar simultáneamente dos moléculas diferentes y abre posibilidades para el desarrollo de compuestos teranósticos, en los que una de las cargas pueda desempeñar una función terapéutica y la otra, facilitar la visualización del proceso. También permite la fabricación de polímeros de tetrazina que pueden ser utilizados como transportadores de terapias contra esta enfermedad.
La tesis aborda igualmente el control de las reacciones bioortogonales IEDDA en el anillo de tetrazina, la cuales son ampliamente utilizadas para controlar diversos procesos como la activación de sondas para bioimagen, la activación de terapias fotosensibilizadoras o la liberación de fármacos. La idea es que esta reacción tenga lugar únicamente bajo un cierto estímulo para que el sistema bioortogonal sólo funcione en un determinado tipo de célula, por ejemplo, una célula tumoral, lo que podría mejorar la precisión de estos sistemas, entre ellos, los sistemas bioortogonales terapéuticos.
El control de esta reacción se lleva a cabo mediante estructuras supramoleculares denominadas rotaxanos, formadas por dos moléculas independientes entrelazadas por su forma. Una de ellas moléculas tiene forma de mancuerna y, en este caso, es la que contiene el anillo de tetrazina, mientras que la segunda molécula, con forma de macrociclo y atrapada entre los extremos voluminosos de la “mancuerna”, dificulta la reacción en el anillo de tetrazina. El desensamblaje del rotaxano, provocado por la presencia de un determinado estímulo, permite que la reactividad de la tetrazina sea recuperada y que el proceso bioortogonal tenga lugar de manera controlada.
Los experimentos mostraron que el rotaxano reduce considerablemente la velocidad de la reacción bioortogonal en el anillo de tetrazina. Además, para probar esta estrategia en medio biológico, se desarrolló un rotaxano cuyo desensamblaje puede desencadenarse mediante la acción de la enzima β-galactosidasa. Los ensayos en células con este rotaxano mostraron que la reacción bioortogonal sucedía de manera selectiva en un grupo de células con una mayor concentración de esta enzima, lo que demuestra la posibilidad de controlar el proceso bioortogonal en el anillo de tetrazina mediante rotaxanación, permitiendo que suceda selectivamente en un grupo de células de interés, con una propiedad concreta. Este trabajo fue publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition y se contó con la colaboración del grupo de la Dra. Teresa Giráldez de la ULL.
Según plantea esta última investigación, esta estrategia podría extenderse en el futuro a otros estímulos, como estímulos como el H₂S, y a sistemas destinados a controlar la liberación de fármacos, aunque serían necesarios nuevos estudios para optimizar el diseño de los rotaxanos y mejorar el grado de inhibición de la reacción. En conjunto, los resultados obtenidos sientan las bases para continuar investigando sistemas químicos capaces de activar de forma controlada fármacos y otras moléculas de interés en función de determinadas características de las células tumorales.
La tesis, que obtuvo la calificación de sobresaliente Cum Laude fue evaluada por un tribunal presidido por el Tomás Martín Ruíz, del IPNA-CSIC, e integrado por la María Tomás Gamasa, del Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela, y el Asier Unciti Broceta, de la Universidad de Edimburgo.
