Cuando tener curvas supone una ventaja desde la perspectiva de una membrana celular
Las membranas celulares son básicamente dos capas de lípidos, o grasas. La capa externa contiene lípidos y glicolípidos, ambos neutros, y la capa interna alberga prácticamente todos los lípidos y fosfoinositidos cargados negativamente. Esta asimetría de la composición implica que las membranas suelan ser curvas y esta característica se ve exacerbada por la influencia de las proteínas de membrana y la estructura celular.
Modelización e interacciones entre la membrana y los medicamentos
Se sabe que muchos medicamentos, de gran importancia para la farmacología, pueden permear, o atravesar, la membrana plasmática de las células diana de manera espontánea. «Puesto que las membranas de las células reales son asimétricas en cuanto a la composición lipídica y disponen de regiones con curvaturas muy diferentes, es importante saber cómo influyen estas características de las membranas en la permeación de los medicamentos», explica Galyna Dovbeshko, profesora del Instituto de Física de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, institución coordinadora del proyecto assymcurv. «Hasta ahora», hace hincapié la profesora, «no se sabía qué regiones de la membrana se privilegiaban para el paso de los medicamentos y si dichas preferencias existen en realidad». Además, las membranas de las células malignas y normales difieren sustancialmente, tanto en términos de rugosidad de superficie como de alcance de la asimetría lipídica entre capas, lo cual puede afectar la absorción de los medicamentos antineoplásicos. «Dado que la curvatura cambia en el tiempo y el espacio, resulta considerablemente difícil de estudiar a través de experimentos», explica Dovbeshko. Las simulaciones sobre dinámica molecular acudieron al rescate al aportar una perspectiva atómica de la membrana en un medio «in silico» totalmente controlable, utilizando programas y la modelización de datos para simular las circunstancias cambiantes de la membrana. Junto con estas simulaciones informáticas, los investigadores de assymcurv usaron una combinación de métodos experimentales para revelar los principales factores físicos que influyen en la orientación y la difusión de pequeñas moléculas (medicamentos), así como de proteínas enteras de gran tamaño. Otras tecnologías utilizadas de modo complementario junto con las simulaciones informáticas fueron la bioquímica «húmeda» (química analítica clásica) y la biología molecular, así como la espectroscopia Raman e infrarroja mejorada. «Los resultados del proyecto muestran una versatilidad y plasticidad notables de las interacciones entre proteínas y lípidos, y sugieren que los lípidos y las proteínas de membrana podrían adaptarse varias veces entre ellos en el tubo de ensayo», informa Dovbeshko. «Todo ello a pesar de los cambios radicales, tanto en la composición lipídica como en la estructura proteica», añade.
Hacer frente a la resistencia a medicamentos antineoplásicos en la membrana
Semen Yesylevskyy y Christophe Ramseyer, beneficiarios de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie y profesores de la Universidad del Franco Condado, socia del proyecto, han estudiado otro aspecto del ámbito de influencia de la curvatura de la membrana. Abordaron la permeabilidad de los iones y del agua, así como del cisplatino y la gemcitabina, dos medicamentos antineoplásicos, ya que está implicada en el desarrollo de la resistencia a estos medicamentos de uso generalizado. Los resultados han mostrado de forma abrumadora, por primera vez, que la permeabilidad de la membrana lipídica asimétrica depende en gran medida de la curvatura. Una membrana muy curva es entre uno y tres órdenes de magnitud más permeable para el agua, los iones, el cisplatino y la gemcitabina que una membrana plana. «Por lo tanto, nuestros resultados indican que una curvatura elevada de la membrana no se debe despreciar durante la evaluación de la permeabilidad de las membranas en el caso de los medicamentos hidrófilos», afirma Yesylevskyy en su artículo recién publicado. Los resultados del proyecto assymcurv abren todo un nuevo campo de investigación que podría llegar a dilucidar el papel fisiológico de la curvatura de la membrana y la modulación de la asimetría lipídica en las células cancerosas y bacterianas. Ello podría revelar los mecanismos de absorción y resistencia de los medicamentos, tal y como subrayan los investigadores.
Palabras clave
assymcurv, membrana, medicamentos, lípidos, curvatura, cisplatino, gemcitabina, asimetría, espectroscopia
