Descubren cómo realizar, dentro de las células tumorales, una reacción química capaz de destruir moléculas clave para su proliferación

(Zaragoza, lunes 8 de abril de 2024).  Un equipo de científicos de la Universidad de Zaragoza en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, instituto mixto del CSIC y la UNIZAR)  ha descubierto la manera de llevar a cabo una nueva reacción química, denominada transaminación, de forma artificial dentro de células cancerígenas para destruir moléculas de vital importancia para el desarrollo y crecimiento de células tumorales. La prestigiosa revista Nano Letters publica el trabajo liderado por los profesores e investigadores de la Universidad de Zaragoza Javier Bonet–Aletá, José Luis Hueso y Jesús Santamaría, adscritos al INMA (CSIC-UNIZAR), al CIBER–BBN y al IIS Aragón.

La terapia catalítica constituye una nueva estrategia en la lucha frente al cáncer, cuyo objetivo es desencadenar reacciones químicas nocivas para el tumor. Se pretende, en definitiva, sustituir a la actual quimioterapia, llevando catalizadores que o bien generen moléculas tóxicas dentro del tumor, o bien eliminen moléculas que necesita para proliferar.

En esta segunda línea de eliminación de moléculas clave, desde los primeros resultados positivos publicados en 2015, los catalizadores se han dirigido o bien a la glucosa, que supone una fuente de energía especialmente importante para las células cancerígenas o al glutatión, un antioxidante que protege a las células tumorales de especies radicales altamente reactivas y es en parte responsable de la resistencia de estas células a tratamientos quimioterápicos. Tanto la glucosa como el glutatión se eliminaban mediante reacciones de oxidación, algo especialmente difícil a la hora de aplicarlas, dada la escasez de oxígeno que existe en el entorno hipóxico tumoral.

Este estudio, publicado en la prestigiosa revista Nano Letters, reviste una especial importancia, no solo porque abre el campo a nuevas reacciones de interés en oncología, sino porque lo hace en un proceso – la transaminación-, que no requiere oxígeno para llevarse a cabo, eliminando la principal restricción de las terapias catalíticas. La reacción opera sobre los aminoácidos, componentes esenciales que las células emplean para fabricar proteínas, y sobre el piruvato, una pequeña y abundante molécula involucrada en la principal ruta de obtención de energía en la célula. La reacción entre ambas reduce los niveles de aminoácido y piruvato en las células cancerígenas, llevándolas a una situación crítica y frenando su expansión y crecimiento.

Durante la transaminación, se intercambian un grupo amino entre un aminoácido y piruvato, generando una sustancia que la célula no es capaz de utilizar tan fácilmente. Los investigadores lo han demostrado haciendo reaccionar el piruvato con distintos aminoácidos, como la glutamina, el ácido aspártico, el ácido glutámico o el propio glutatión. La transaminación tiene un inconveniente: se cataliza mediante átomos de cobre, cuyo flujo a través de la membrana celular en condiciones normales está muy restringido. Para resolver esta limitación, los investigadores diseñaron nanopartículas que contienen este metal, multiplicando la internalización en la célula tumoral. Una vez internalizadas, la nanopartícula se disuelve, liberando átomos de cobre que actúan como catalizadores en la reacción de transaminación.

El artículo recoge el trabajo liderado por los doctores Javier Bonet–Aletá, José Luis Hueso y Jesús Santamaría, personal docente e investigador de la Universidad de Zaragoza en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, centro mixto CSIC-UNIZAR), del Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN) y de la Plataforma NANBIOSIS y del Instituto de Investigación Sanitaria de Aragón (IIS Aragón).

También han participado otros miembros de la Universidad de Zaragoza, como Javier Martin–Martin, perteneciente al Departamento de Química Orgánica y al INMA, y Miguel Encinas–Giménez, Ana Martín–Pardillos y Pilar Martín–Duque, también miembros del Instituto de Investigación Sanitaria (IIS) de Aragón, así como el doctor Juan Vicente Alegre Requena, científico titular del CSIC en el Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea, ISQCH, centro mixto del CSIC y la UNIZAR.

Referencia:
Nanoparticle-Catalyzed Transamination under Tumor Microenvironment Conditions: A Novel Tool to Disrupt the Pool of Amino Acids and GSSG in Cancer Cells. Javier Bonet-Aleta, Juan Vicente Alegre-Requena, Javier Martin-Martin, Miguel Encinas-Gimenez, Ana Martín-Pardillos, Pilar Martín-Duque, Jose L. Hueso*, and Jesús Santamaria*
Nano Letters, 2024 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c04947

Se adjuntan dos imágenes con parte del equipo que ha desarrollado este trabajo
Foto 1:  Jesús Santamaría, Javier Bonet y José Luis Hueso
Foto 2: Javier Bonet, José Luis Hueso y Jesús Santamaría