Jornada Científica del IDiBE 2022

Ángeles Gallar, Jose D’Elia, Dilcia Tuozzo, Patricia López

La Jornada Científica del Instituto de Investigación, Desarrollo e Innovación en Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE) vuelve después de dos años de distanciamiento social derivado de la emergencia sanitaria del Covid. No obstante, en este tiempo, la investigación ha continuado en el Instituto, con un enfoque multidisciplinar que tiene el propósito de traducir sus resultados científicos a productos y servicios para el beneficio de la sociedad. Varias de las líneas de investigación del IDiBE, así como el premio de investigación doctoral Amparo Estepa, se presentaron ante el público durante la Jornada Científica, celebrada el jueves 22 de julio en el campus de Elche de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche. El director del IDiBE, Antonio Ferrer Montiel, dio la bienvenida a los asistentes, entre los que se contaban varios estudiantes de Institutos de Educación Secundaria de la provincia de Alicante.

Diseñar moléculas contra el dolor:

Desarrollo computacional de péptidos inhibidores de fosfolipasa C

A.G. 

Cuando sentimos dolor, se producen varios pasos a nivel celular: transducción del estímulo, transmisión de la señal del dolor, modulación de esta señal y la percepción del dolor propiamente dicha. Los receptores del dolor reciben el estímulo y este se transmite al sistema nervioso central donde las corteza cerebral lo interpreta como algo nocivo. Una de las moléculas implicadas en la transducción de señales de dolor a nivel celular es la fosfolipasa C. Por este motivo, si se consiguiera modular su actividad, se podría reducir el dolor percibido.

Crear un fármaco que se ‘acople’ a la fosfolipasa C para cambiar su actividad química es una tarea que no puede llevarse a cabo por ensayo y error. Hay que buscar activamente los ‘puntos débiles’ de la molécula y encontrar la estrategia más efectiva, para lo que se utiliza la simulación computacional. El investigador del IDiBE y catedrático de Bioquímica y Biología molecular de la UMH Gregorio Fernández explicó las distintas posibilidades que valoraron en el laboratorio para conseguir inhibir la fosfolipasa C Beta 3 (PLCB3). El primer paso es conocer bien su estructura. Afortunadamente, la comunidad científica comparte sus resultados y la descripción a nivel atómico de cómo actúan estas moléculas está puesta a disposición de los investigadores en distintas bases de datos. Después, estudiaron la interactividad química de la molécula e identificaron uno de sus extremos, el llamado ‘loop autoinhibitorio XY’, como un posible objetivo. 

Con un programa informático, calcularon la energía de estabilidad y de unión de esta estructura en bucle e identificaron 540 péptidos que podrían ser la pieza de encaje de la fosfolipasa para inhibir la actividad de este transductor. Distintos ensayos en el laboratorio serán el siguiente paso para llegar a diseñar un fármaco que alivie el dolor, como ya se ha conseguido hacer con el desarrollo de varios productos analgésicos y cosmocéuticos que pueden mitigar el prurito de la psoriasis, el dolor de la artrosis o el picor del cuero cabelludo.

Biopolímeros para tratar el tumor cerebral:

Formulaciones poliméricas en aplicaciones biotecnológicas

A.G. 

¿Por qué estudiar polímeros en biotecnología sanitaria? El catedrático de Química inorgánica de la UMH Ricardo Mallavia explica que cuando pensamos en polímeros no debemos imaginarnos, simplemente, plásticos. Debido a su variedad de propiedades, tanto los polímeros sintéticos (por ejemplo el poliestireno) como los naturales (el caucho) juegan un papel esencial en nuestras vidas. Tan esencial, que son la propia base de la vida: el ADN y las proteínas son biopolímeros naturales.

En el laboratorio de Mallavia, intentan emular los polímeros de la naturaleza para sintetizar compuestos que ayudan, entre otras cosas, a mejorar los tratamientos farmacológicos. Estos biopolímeros tienen que cumplir dos condiciones: deben ser biocompatibles y biodegradables.

En colaboración con otros laboratorios del IDiBE, Mallavia trabajará en el desarrollo de biopolímeros para el tratamiento del glioblastoma, uno de los cánceres más agresivos. En la actualidad, el tratamiento de este tumor cerebral solo consigue un 25% de supervivencia a los 24 meses. Algunas formas de terapia del glioblastoma consisten en colocar obleas circulares delgadas que contienen medicamentos de quimioterapia en el cerebro. Estas obleas se disuelven lentamente y liberan el medicamento para destruir las células cancerosas. Mallavia desarrollará nuevos biomateriales poliméricos que mejoren el tratamiento. 

La conexión entre hígado y cerebro:

Inmunovigilancia por LSECtin durante la enfermedad hepática crónica

J.D.

El director del Grupo de Inmunología Hepática e Intestinal de la UMH, Rubén Francés Guarinos, explicó que el hígado es uno de los órganos más importantes del cuerpo porque filtra todo el contenido de la sangre y está expuesto constantemente a diferentes antígenos. Por otra parte, cuando el hígado no está sano, puede aparecer la fibrosis. Ésto puede suceder por una dieta desequilibrada mantenida a lo largo de varios años, o porque se han contraído diferentes infecciones virales, o cuando se abusa del consumo de diferentes sustancias nocivas como el alcohol. Cuando este daño inflamatorio se cronifica, genera la cirrosis y lo que se conoce como enfermedades hepáticas crónicas avanzadas. 

La cirrosis puede provocar una acumulación de intermediarios tóxicos para la función cerebral, que pueden llevar a desarrollar la patología conocida como encefalopatía hepática. Cuando el hígado dañado no puede eliminar tóxicos presentes en circulación de forma eficiente, estos pueden acumularse en el cerebro y complicar la evolución de la enfermedad.

La LSECtin es una molécula miembro de una familia de proteínas de receptores de inmunidad natural muy amplia, presentadora de antígenos y ubicada en el hígado. El grupo de investigación de Ruben Francés estudia la LSECtin porque está reducida en todos los casos de daño hepático crónico tóxico y porque es una molécula que se encarga de reprimir o ralentizar la expansión de la respuesta que sostiene la inflamación crónica sobre todas las demás.

Cómo salvar la producción mundial de pescado:

Estrategias antivirales en acuicultura

J.D.

La investigadora del Grupo de Estrategias Antivirales de la UMH María del Mar Ortega-Villaizán estudia el tratamiento de las infecciones virales que afectan al sector acuicultor. El 47% del pescado que se consume en el mundo proviene de la acuicultura, pero las piscifactorías sufren pérdidas de la mitad de sus especímenes cada año debido a enfermedades. Medicar un producto de consumo humano no es una opción, de manera que la investigadora del IDiBE está desarrollando un tratamiento ecosostenible y efectivo basado en los propios mecanismos celulares de los peces, en concreto, en la respuesta inmunológica de los glóbulos rojos de los peces, los eritrocitos.

El equipo de Villaizán se centró en los eritrocitos porque son las células más numerosas de la sangre, se encuentran dentro de todo el organismo y, por ende, son las más fáciles de atacar. La investigadora comentó que el interés en esta célula se debe a que una de sus principales funciones es el transporte del oxígeno y porque tienen una respuesta ante hongos, bacterias y virus. Además, es una célula que genera moléculas que pueden proteger al organismo frente a un ataque y participan en la activación del sistema de complementos y en la presentación antigénica.

Según la investigadora, si bien existen tratamientos antivirales preventivos como algunas vacunas, todavía no se dispone de tratamientos terapéuticos para patógenos muy problemáticos en la acuicultura como son el virus de la septicemia hemorrágica vírica (VHSV) y el virus de la necrosis pancreática infecciosa (IPNV). En el laboratorio de Ortega-Villaizán descubrieron que, ante la infección, los glóbulos rojos de las truchas producen citoquinas y moléculas antivirales, un hallazgo que servirá para reforzar el sistema inmunitario de los peces de piscifactoría de forma sostenible y así garantizar el consumo mundial de pescado.

Célula alfa pancreática y diabetes: viejas historias y nuevos desafíos

D.T.

La diabetes mellitus es un grupo de enfermedades crónicas que se pueden dar en personas con  niveles elevados de azúcar (glucosa) en sangre. La hormona que regula la concentración de la glucosa es la insulina. La diabetes se presenta cuando el páncreas no secreta suficiente insulina o cuando el propio organismo no la utiliza eficazmente. Si esta enfermedad no se controla, una consecuencia común es la glucemia elevada (hiperglucemia). Esto lleva a que, con el tiempo, el corazón, los vasos sanguíneos, los ojos, los riñones y los nervios sufren graves daños.

La diabetes tipo 2 es la más común, se produce cuando el cuerpo se vuelve resistente a la insulina o no produce suficiente de esta hormona. Por otro lado, la diabetes tipo 1 ocurre debido a que el páncreas produce poca o ninguna insulina por sí mismo. En este último caso, las personas que la presentan requieren una administración diaria de esta hormona.

Según el profesor del área de Nutrición y Bromatología de la UMH Iván Quesada Moll, el páncreas está conformado por células que se encargan de la producción de ciertas hormonas. Las células beta del páncreas generan la hormona insulina, que baja el nivel de glucosa. En la diabetes tipo 1, el sistema inmunológico del cuerpo destruye las células beta. A causa de esta situación, el páncreas pierde la capacidad de producir insulina. Por su parte, las células alfa producen una hormona llamada ‘glucagón’, su efecto tiene lugar principalmente en el hígado y aumenta el nivel de glucosa en la sangre. 

Iván Quesada centra su investigación en la célula alfa pancreática, en las acciones del glucagón, en el papel de estos en el origen y la evolución de la diabetes y las posibles terapias para tratar esta enfermedad. Asimismo el investigador señala que en sus experimentos las células alfa son capaces de secretar, además del glucagón, moléculas que tienen un efecto positivo sobre la secreción de insulina. Algunos ejemplos son el péptido similar al glucagón tipo 1 (GLP-1) y la acetilcolina. Otro aspecto relevante en la investigación es que, en condiciones de pérdida masiva de células beta, es decir, en condiciones de diabetes, las células alfa pueden pasar a ser beta y de este modo aumenta los niveles de insulina y ayuda a reducir los altos niveles de glucosa. Además, las células alfa, a diferencia de las betas, pueden multiplicarse sobre todo en condiciones diabéticas. 

El experto en nutrición y bromatología pretende aportar una perspectiva diferente al convencionalismo de que la célula beta pancreática es el eje central a la hora de estudiar la diabetes. Además, asegura que la célula alfa y la acción del glucagón se puede usar a nivel terapéutico en la diabetes, la obesidad y otras enfermedades metabólicas.

Un viaje a través de la membrana celular.

Modulación del canal de potasio KcsA por lípidos aniónicos: papel de las argininas del sitio no anular

D.T.

Todas las células poseen una membrana que las recubre, que ejerce el papel de barrera y separa su interior del medio exterior que las rodea. Esta se llama membrana citoplasmática o plasmática y consiste en una doble capa lipídica (grasa) que es semipermeable. Su función es regular el transporte de sustancias que entran y salen de la célula. 

Las moléculas que entran y salen pueden transportarse atravesando directamente la membrana celular. Sin embargo, los iones, al ser moléculas que tienden a disolverse en agua (hidrofílicas), no se unen a los lípidos de la membrana celular y para atravesar necesitan otros mecanismos. Una de las opciones para trasladarse es a través de unos poros llamados canales iónicos. Estos están conformados por proteínas que regulan el paso de las moléculas de un lado a otro de la membrana celular. Existen canales iónicos de sodio, potasio y cloruro. El tipo más común son los canales de potasio, que están presentes en casi todos los organismos vivos. Estos canales forman poros que atraviesan las membranas plasmáticas y son selectivos para transportar los iones de potasio.

Según la profesora de Química Física de la UMH Marcela Giudici, algunos procesos biológicos en los que participan los canales iónicos son: la secreción hormonal, la transmisión de impulsos nerviosos, la contracción muscular y la regulación de la presión sanguínea, entre otros. Cuando estos canales no cumplen bien su función, muchas veces es debido a mutaciones en su estructura. Esto puede desencadenar algunos problemas de salud como arritmias cardiacas, fibrosis quística, migrañas, sordera y epilepsias. 

El grupo de investigación al que pertenece Giudici estudia la relación entre la estructura y la función de las proteínas de los canales iónicos y utiliza como modelo el canal de potasio KcsA. La investigadora resaltó la importancia de conocer qué cambio en una determinada estructura de estos canales pueda modificar la función de la misma. Según Marcela Giudici, el conocimiento de estos procesos puede utilizarse como diana terapéutica para el diseño y el desarrollo de fármacos.

De biomarcadores a vehículos de administración de fármacos

Exosomas: Fuentes, caracterización y aplicabilidad 

P.L.

Para intentar contrarrestar los efectos del cáncer, en el campo de la biomedicina ha surgido una nueva vía de estudio al emplear los exosomas, partículas compuestas por bicapas lipídicas que se liberan naturalmente de las células (vesículas extracelulares o VE) , como vehículo de administración de medicamentos contra enfermedades como el cáncer. Se trata de nanopartículas, por sus dimensiones menores a 100 nanómetros (1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro), que encontramos presentes en tejidos y fluidos biológicos como la sangre, la orina o el líquido cefalorraquídeo. La investigadora del IDiBE Meuri del Camino de Juan dirige tres proyectos relacionados con los exosomas y su nueva aplicación. 

El primero es el estudio y posterior aplicación clínica de exosomas cargados de fármacos que contrarresten o inhiban un tipo de tumor que nace de las células del tejido cerebral, el glioblastoma. Los medicamentos que se emplearon en el laboratorio de Camino de Juan para cargar los exosomas fueron  la temozolomida,  que se emplea para tratar tumores cerebrales y el inhibidor EPZ015666. Una de sus primeras conclusiones fue que la temozolomida y el inhibidor, aplicados a los exosomas, frenan  el crecimiento de células del tumor cerebral en cultivos celulares.

Otra de sus líneas de investigación es el estudio de los exosomas de pez cebra en enfermedades víricas y bacterianas a través de ensayos en tejidos, in vitro. Con estos estudios han concluido que, tanto los derivados de línea celular embrionaria del pez cebra como los procedentes del moco de su piel, pueden ser empleados en el futuro como terapia frente a las infecciones víricas y bacterianas. 

Finalmente, el grupo de Neurobiología Molecular y Cáncer de Camino de Juan estudia el desarrollo del glioblastoma en el cerebro de pollo fuera de la cáscara del huevo o ex ovo. Han obtenido un nuevo modelo de estudio animal que les permite estudiar las células vivas o in vivo del glioblastoma. Esto les permitirá desarrollar réplicas de tumores de origen humano para mejorar las terapias del cáncer. 

Imprimir capa a capa estructuras celulares, tejidos e incluso órganos ya es posible.

Grandes equipos e instalaciones del IDiBE

P.L.

Con el fin de poner a disposición la tecnología y el conocimiento al servicio de la sociedad, el IDiBE ha integrado nuevas herramientas a sus diferentes plataformas tecnológicas para seguir haciendo investigación de excelencia. La técnica del Servicio de Apoyo a la Docencia y a la Investigación  del IDiBE Eva del Río detalla las funcionalidades y características de las cinco plataformas tecnológicas que integran el instituto y que abarcan la mayoría de los campos de la biotecnología sanitaria:

–       PATeNT: enfocada a la nanotecnología traslacional cuyo objetivo es la síntesis y desarrollo de fibras, estructuras bio o sensores para el diagnóstico y terapia de diferentes patologías.

–   PERfOrM: es la planta piloto de extracción vegetal para la optimización de procesos biotecnológicos.

–    SRP: se encarga del desarrollo de modelos preclínicos de la piel tanto cosméticos como dermatológicos.

–     MiMLc: con el foco puesto en el modelado molecular y el cribado in silico, para el estudio de los sistemas y estructuras que permitan obtener biomoléculas. 

–    PuCCINI: la plataforma de cribado en canales iónicos que estudia los canales y las moléculas que puedan ser moduladores de su actividad.

En los últimos dos años, el IDiBE ha recibido más de un millón de euros en financiación de la Generalitat, del Ministerio de Ciencia e Innovación y de la Unión Europea para mejorar sus equipamientos científicos. Entre sus nuevas incorporaciones, destacan una bioimpresora 3D, una herramienta que permite imprimir estructuras biológicas a través de biotintas. Esto facilita  al instituto imprimir capa a capa estructuras celulares, tejidos e incluso órganos. El objetivo final no es únicamente imprimir piel en 3D, sino darle poder sensorial que ayude a buscar fármacos y tratamientos dermatológicos. A su vez, PATeNT ha integrado un fluorímetro con resolución temporal que permite que, con poca cantidad de una muestra, se consiga un análisis completo para el estudio de cambios e interacciones entre moléculas.

 Actualmente, el instituto está ejecutando la obra para una futura instalación de un Laboratorio de Bioseguridad Nivel 2, lo que va a permitir al IDiBE trabajar con virus y bacterias patógenas de un peligro potencial moderado.

Premio de investigación doctoral ‘Profesora Amparo Estepa’

El premio de investigación doctoral ‘Profesora Amparo Estepa’ del IDiBE se configuró para mantener viva la contribución al instituto y al Programa de Doctorado que realizó la catedrática en Bioquímica, investigadora y subdirectora del IBMC Amparo Estepa Pérez. Este reconocimiento se otorga a la trayectoria investigadora y formativa del mejor o la mejor estudiante del Programa de Doctorado.  La catedrática en Bioquímica y Biología Molecular Asia Fernández hizo entrega del galardón, en la edición 2022, al estudiante de doctorado de la UMH Sebastián Martínez López.