Jornada Científica IDiBE 2019
Para dar a conocer el trabajo que realizan sus investigadores, el Instituto de Investigación Desarrollo e Innovación en Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE) de la Universidad Miguel Hernández (UMH) organizó una jornada científica el pasado viernes. Investigadores del Instituto y alumnado del Programa de Doctorado presentaron, de un modo accesible, el trabajo que realizan en los laboratorios. A continuación presentamos a los ponentes, su área de trabajo, los métodos y conclusiones de su investigación.
Javier Álvarez Martínez, ¿Ganaremos la guerra contra las superbacterias?
Durante casi un siglo, los antibióticos han controlado y destruido muchas de las bacterias perjudiciales para la salud. Pero en las últimas décadas los antibióticos han perdido su efectividad. Ahora, ciertas bacterias son imbatibles. Estas superbacterias son cepas resistentes a varios tipos de antibióticos. La OMS calcula que las superbacterias matan a más de 700.000 personas al año y podrían convertirse en la primera causa de muerte en el año 2050. La línea de investigación de Javier Álvarez se centra en el hallazgo de moléculas naturales con capacidad antimicrobiana frente a microorganismos patógenos resistentes a antibióticos, especialmente Staphylococcus aureus resistente a meticilina.
Las moléculas naturales que Javier Álvarez utiliza son los polifenoles. En el laboratorio, miden el contenido en polifenoles y antioxidantes de distintas plantas y preparan un panel de compuestos. En una de sus últimas investigaciones, compararon la efectividad de estos compuestos con once especies bacterianas de gran importancia clínica. De todos los compuestos probados, el extracto de cistus resultó ser el más efectivo frente al estafilococo resistente, y el extracto de granada resultó ser más efectivo frente al estafilococo sensible. Si bien las bacterias suelen generar resistencia a un tratamiento cuando éste se utiliza repetidas veces, el estafilococo resistente a meticilina no desarrolló mecanismos de resistencia frente al tratamiento continuado con el extracto de cistus.
Según Javier Álvarez, estos extractos se postulan como un complemento a las terapias antibióticas actuales gracias a su capacidad antimicrobiana, su efecto sinérgico junto a los antibióticos tradicionales y el hecho de que son seguros para la salud humana. Serán una importante herramienta en la batalla frente a las superbacterias.
Oriol Juanola, Control inflamatorio ejercido por células T reguladoras en cirrosis
El hígado es un órgano fundamental porque filtra la sangre, metaboliza y almacena nutrientes, sintetiza proteínas, produce bilis y desintoxica contra agentes infecciosos. Las enfermedades del hígado o hepáticas más comunes se derivan de infecciones (como la hepatitis), el consumo de alcohol u otras toxinas (como el hígado graso o la cirrosis), el cáncer de hígado y alteraciones genéticas como la hemocromatosis y la enfermedad de Wilson. En la cirrosis, las células hepáticas son reemplazadas por tejido cicatrizado que no puede cumplir con las funciones del hígado. Además de este problema, se sabe que los pacientes con cirrosis van a tener una respuesta inmune alterada y un crecimiento de la bacteria intestinal. Las bacterias pasan desde el tubo digestivo a otras localizaciones fuera del intestino y producen infecciones, por lo que el paciente necesitará tratamiento antibiótico.
Las células T reguladoras tienen un efecto inmunomodulador y pueden ayudar a reducir las inflamaciones en estos pacientes. En su investigación, Oriol Juanola evaluó la respuesta inmune de pacientes cirróticos con líquido ascítico, divididos en grupos según su tratamiento. Al mismo tiempo, realizó el estudio en ratones ha hecho en ratones, modificados genéticamente y de tipo común, con modelos de cirrosis.
Según los resultados de la investigación, las células T son un elemento clave en el mantenimiento de la homeostasis en la interacción entre el huésped y su microbiota durante la cirrosis.
Diseño y validación de moduladores para el tratamiento de patologías dolorosas, Magdalena Nikolaeva
El dolor es importante para la supervivencia. Es una experiencia angustiosa asociada al daño real o potencial de un tejido, relacionada con la emoción, la sensación, la cognición y lo social. Es una experiencia sensorial y emocional desagradable asociada al daño tisular, real o potencial. Pero cuando el dolor se prolonga después de la enfermedad convirtiéndose en un dolor crónico, ya no tiene beneficio. Un 20% de la población mundial sufre dolor crónico y un 40% de ellos también sufren depresión. Los tratamientos del dolor pueden ser analgésicos periféricos (paracetamol, aspirina), opioides débiles (codeína) u opioides fuertes (morfina). A nivel celular, el dolor se llama nocicepción. Este mecanismo tiene varios pasos: transducción del estímulo, transmisión, modulación y percepción.
El trabajo de Magdalena Nikolaeva se centra en el canal TRAAK. El TRAAK es un canal de potasio que se encuentra en el tejido neuronal de los mamíferos y juega un papel relevante en la detección del tacto y el dolor. La investigadora Nikolaeva diseña computacionalmente moduladores de este canal. Mediante simulaciones por ordenador, predicen las orientaciones de las moléculas cuando se unen entre sí. Comparan librerías virtuales de moléculas, rastreando millones de compuestos en muy poco tiempo, e intentan encontrar las que mejor se acoplan para modular la sensibilidad al dolor.
Diabetes y desórdenes metabólicos: viejos problemas, nuevas soluciones, Laura Marroquí
En menos de 30 años aumentará en un 48% la prevalencia de la diabetes en el mundo, según los datos del International Diabetes Federation. Desde que Banting y Best trataron por primera vez a un paciente diabético con jugo de páncreas en 1922, esta enfermedad pasó de ser letal a ser crónica. La investigadora Laura Marroquí está estudiando el desarrollo de nuevos tratamientos que previenen la diabetes o ayuden a retrasarla, puesto que así también se reducirá el coste del tratamiento de la enfermedad.
Existen dos tipos de diabetes, la tipo 1 y la tipo 2. La primera es una enfermedad autoinmune que ataca específicamente las células beta. Mientras que la segunda es de tipo metabólica. El sedentarismo y la mala alimentación provocan diversos estreses y la muerte de la célula beta.
Según la investigadora, se ha demostrado que en ambos tipos de diabetes hay un aumento absoluto o relativo de la masa de célula alfa a diferencia de la célula beta. Esto significa que las células alfa no sólo no mueren, sino que incrementan su masa. Para demostrar la muerte celular de la beta, la investigadora hizo una aproximación animal en ratas separando ambos tipos de células. Así, se comprobó nuevamente cómo la célula alfa vivía y la beta moría. Durante el estudio, encontraron una proteína del sistema autónomo antiviral que se encuentra sobreexpresada en alfa respecto a beta.
Asimismo, analizó las células que están más expresadas en las células alfa y beta para descubrir cuáles tenían una función en la muerte celular. De esta forma, escogió secuenciaciones de RNA masivas que son todas las que están expresadas en una célula alfa y beta purificadas. Seleccionó dos de ratón y dos de humano, pero sólo hubo 25 genes que cumplían los requisitos que podrían hacer que una célula alfa se comportase de forma distinta a la célula beta. Actualmente, la investigación de Marroquí está en fase de validación de los genes para acercarse a su objetivo: lograr la protección de la célula beta para retrasar el surgimiento de la diabetes.
Fármacos, estrés biológico y cáncer, Pedro Zapater
Una larga exposición al Sol puede provocar el surgimiento de un cáncer. Del mismo modo, el estrés biológico, que es todo aquello que daña los tejidos, puede ser el asiento en el que se desarrolle un cáncer. Pero este estrés biológico también causa una respuesta por parte del sistema inmune para reparar este daño. El investigador Pedro Zapater estudia la interacción entre el sistema inmune y el sistema nervioso simpático, así como su relación con el desarrollo del hepatocarcinoma en cirrosis.
Zapater empezó estudiando el hígado de ratones con cirrosis cuando tienen ADN de bacterias y observaron que la respuesta del sistema inmune disminuía en función de la cantidad o de la concentración de noradrenalina, es decir, el sistema nervioso simpático regulaba la respuesta inmune frente a la presencia del ADN bacteriano. Por ejemplo, en el caso de un grupo de ratones aislados socialmente, se produce una situación de estrés que provoca, a su vez, un aumento de metástasis. Por tanto, se deduce que el estrés empeora la evolución en estos animales. No obstante, cuando se introducían unos fármacos que bloquean los receptores beta, el desarrollo de metástasis era menor.
Actualmente, estudian a un total de 187 pacientes humanos con cirrosis de los que 59, reciben este fármaco. Cada seis meses, recaban muestras de sangre y analizan tanto la actividad del sistema inmune, como la del sistema nervioso simpático y la evolución hacia el hepatocarcinoma. Los resultados obtenidos demuestran que los pacientes que toman betabloqueantes son los que están más graves y, por tanto, presentan un índice de mortalidad más alto. Sin embargo, sólo el 2% de los pacientes que toman betabloqueantes han desarrollado un hepatocarcinoma, frente a un 7% de los que no lo toman.
Ingeniería de proteínas, diseño racional y selección, Ana María Fernández
Las proteínas son máquinas nanomoleculares dinámicas, presentes en todos los seres vivos, capaces de adoptar diferentes estructuras dependiendo de la función que realizan. Sin embargo, lo más característico de estas sustancias químicas es que son capaces de cambiar su conformación para unirse con mayor estabilidad a otras proteínas. Así, se lleva a cabo la transmisión de información entre biomoléculas.
Las proteínas participan en todas las funciones celulares esenciales. En concreto, esta unidad del IDiBE se centra en la función estructural, donde las proteínas actúan como “ladrillos” que mediante su unión forman una estructura superior; la función enzimática, en la que las proteínas catalizan reacciones de transformación de materia en energía y viceversa; y la función reguladora. Los reguladores son proteínas que indican a los genes en qué extensión deben de expresar tales proteínas.
Los procesos que subyacen a los sistemas biológicos, que investiga esta unidad, son muy complejos. En ellos, una sola proteína no puede realizar una función concreta ni esta función se puede entender fuera del conjunto en el que interacciona. Para estudiar los sistemas complejos y los procesos moleculares, los investigaciones trabajan de forma multidisciplinar. Se compagina la microbiología, la genética, las matemáticas y la computación, entre otras ciencias. Con la cooperación de todas estas disciplinas, se obtienen resultados que generan nuevas incógnitas. Para abordar todos los resultados obtenidos, es necesario acudir a la ciencia computacional, que permite diseñar el software adecuado para analizar todos los datos resultantes.
El grupo se encarga de obtener aplicaciones biomédicas a través del estudio de estas proteínas. En estas investigaciones, se observa que las proteínas nativas, es decir, las que se encuentran en su conformación funcional plegada y por tanto, son las más estables, en muchas ocasiones no pueden realizar su función ya que se produce una desnaturalización: se despliega la estructura de la proteína. Esto provoca la pérdida de dicha estructura y por ello, la proteína queda inservible ya que no puede realizar su función. Para solucionar este problema, en el IDiBE se emplean dos técnicas fundamentales: la ingeniería de proteínas, dónde se modifican las proteínas para que tengan una función nueva o para que realicen su propia función en unas condiciones concretas, y el diseño racional de proteínas, que es la parte teórica de la anterior técnica y permite obtener a priori información para conocer qué parte de la proteína es necesario modificar para obtener las condiciones adecuadas.
La principal línea de investigación de esta unidad se centra en la validación de nuevos antivirales de acción directa contra los virus Zika y Dengue, enfermedades causadas por virus que se transmiten principalmente a través de la picadura de mosquitos Aedes.
Nanomateriales fluorescentes para el desarrollo de nuevas formulaciones terapéuticas, María José Martínez
El objetivo de las investigaciones de esta unidad se centra en el desarrollo de agentes terapéuticos más seguros minimizando sus efectos colaterales. Para ello, entre las distintas aproximaciones, el grupo se centra en mejorar la seguridad y la eficacia de fármacos ya existentes y en identificar nuevos principios activos.
Para mejorar la seguridad y la eficacia de los fármacos ya existentes, los investigadores desarrollan nuevas nanoformulaciones para administrar fármacos antineoplásicos, sustancias que impiden el desarrollo, crecimiento, o proliferación de células tumorales malignas. La mayoría de estos fármacos tienen efectos secundarios debido a su incapacidad de diferenciar las células sanas de las tumorales. Para solventar estas limitaciones, el grupo ha decidido encapsular el fármaco en nanoformulaciones, por ejemplo, nanopartículas y nano pines. Para ello, se necesitan materiales biocompatibles de modo que el fármaco se pueda encapsular en el interior de un vehículo de naturaleza polimérica o proteica. En este caso, si el fármaco es, por ejemplo, poco soluble, va a poder ser transportado sin problemas. El vehículo puede llevar agregados otros componentes como por ejemplo polímeros, para evitar que el sistema inmune los detecte como un agente extraño, o anticuerpos para que lleve a la nanopartícula hasta el lugar de acción.
Este grupo del IDiBE, además, trata de encontrar dispositivos que identifiquen nuevos principios activos para desarrollar fármacos antidiabéticos. Para ello, trabajan con la nanomedicina, una novedosa y potente herramienta que se basa en el uso de la nanotecnología para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Una de las estrategias más comunes para disminuir la glucosa en sangre es la inhibición de la enzima Alfa-Glucosidasa, la cual es capaz de transformar los polisacáridos en azúcares absorbibles y reducir la absorción de los carbohidratos. En el mercado existen actualmente tres fármacos que actúan como inhibidores de Alfa-Glucosidasa, que aunque sean eficaces, tienen numerosos efectos secundarios y un régimen de dosificación muy estricto. Con el objetivo de diseñar nuevos inhibidores para que los fármacos presentan menos efectos secundarios, el grupo ha diseñado una herramienta que permite hacer un cribado de forma rápida y eficaz. Han podido comprobar que se produce una reacción química que permite crear paranitrofenol, un compuesto capaz de desactivar la fluorescencia de las nanopartículas fluorescentes azules. Con todo ello, si se consigue acoplar en un dispositivo las nanopartículas fluorescentes con la enzima Alfa-Glucosidasa se obtendrá un sensor de actividad fluorescente y enzimática que permitirá captar la señal obtenida por fluorescencia con la presencia de inhibidores del Alfa-Glucosidasa.
Canales iónicos: de la investigación básica a la aplicación, Asia Fernández
Los tratamientos actuales para paliar determinadas afecciones de la piel emplean derivados de la capsaicina, el principal componente activo de los chiles, que aunque alivia, puede provocar molestias intensas tras su aplicación inicial. El equipo de Asia Fernández ha desarrollado nuevos compuestos derivados de la capsaicina para tratar estas alteraciones dermatológicas sin que existan las adversidades iniciales. La transferencia de esta investigación se lleva a cabo desde 2015 a través de AntalGenics, spin off ubicada en el Parque Científico de la UMH.
Su trabajo se centra en la actividad de un tipo de proteína transmembrana -capaz de traspasar la bicapa lipídica de la membrana celular- denominada canal iónico TRPV1, que aumenta en condiciones patológicas de dolor e inflamación y, por este motivo, su modulación supone un desafío. La capsaicina actúa sobre el canal TRPV1, con potencial para aliviar una gran cantidad de afecciones de la piel, pero como el intenso dolor inicial tras su aplicación limita su uso, el objetivo de los investigadores es desarrollar compuestos modificados de la capsaicina capaces de inactivarse por las enzimas en la piel y evitar algunos de estos efectos secundarios. Para ello han sintetizado derivados de la capsaicina con una especie de “interruptor” incorporado en laboratorio. Este “interruptor” consiste en la adicción de un enlace éster en los compuestos mediante la reacción de Passerini, un tipo de reacción que favorece la eliminación de las moléculas en el cuerpo. Estas enzimas modificadas ayudan al organismo a eliminar las moléculas que causan efectos adversos sin desvirtuar sus efectos beneficiosos.
AntalGenics trabaja en dos tratamientos farmacológicos, uno contra el picor que sufren los afectados por patologías inflamatorias crónicas de la piel y otro para aliviar los síntomas de pacientes que sufren trastornos dolorosos crónicos, concretamente el osteoartrítico. Por otra parte, la spin-off desarrolla para la industria cosmética ingredientes activos, centrados en el cuidado de pieles sensibles.
El investigador y responsable de divulgación del IDiBE Luis Pérez presentó la nueva web del Instituto. En ella se puede consultar el trabajo de los distintos grupos de investigación, sus resultados de transferencia, los servicios científicos que ofrecen, seminarios, ofertas de trabajo y noticias.
La jornada culminó con la entrega del Premio de investigación doctoral “Profesora Amparo Estepa” que recayó en las estudiantes Melissa Bello Perez y Verónica Ruiz Torres. El premio recuerda a la profesora fallecida en 2015, que fue investigadora y subdirectora del IBMC y catedrática del Departamento de Bioquímica. El galardón tiene como objetivo reconocer y premiar la trayectoria investigadora y formativa del mejor o la mejor estudiante del Programa de Doctorado y consiste en una dotación económica de 1.000 euros y un diploma de reconocimiento.
Redacción: Alicia de Lara, Tamara García, Emma Navalón, Ángeles Gallar.
