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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Metalcarboboranos

Las medallas Priestley son unos excepcionales galardones que otorga anualmente la American Chemical Society para distinguir la mejor labor realizada dentro del campo de la química. Entre sus recipiendarios se encuentran varios Premios Nobel. La correspondiente al año 2009 se ha concedido a M. Frederick Hawthorne, de 79 años, director del Instituto Internacional de Nanomedicina y Medicina Molecular, frecuentemente denominado por sus colegas como Mr. Químico Inorgánico, por sus investigaciones en el campo de la química del boro y los boranos, campo que muchos expertos creen será el más brillante de la Química del futuro por la esperanza de sus aplicaciones industriales y médicas.

BORANOS
El boro se encuentra próximo al carbono en la clasificación del Sistema Periódico de los Elementos. Sin embargo y pese a su versatilidad, su química aún no es muy conocida. Si su futuro resultara tan brillante como se le augura buena parte de la responsabilidad se debería a una familia de compuestos denominados boranos poliédricos. Cuando Hawthorne era un joven químico de 24 años que realizaba su tesis doctoral en la Universidad de California comenzó a interesarse por ellos y, pocos años después sintetizó el primero.

En realidad, la historia del boro es muy antigua. En el Antiguo Egipto los boratos formaban parte de las sales usadas para el proceso de momificación y la riqueza de la persona a momificar guardaba relación directa con la cantidad utilizada. En la antigua Roma el boro se usó en la fabricación del vidrio artesano. Y en la primera mitad del siglo XX se estudió la preparación de los primeros hidruros de boro (compuestos que sólo contienen boro e hidrógeno) por su reactividad y poder producir una asombrosa cantidad de calor cuando ardían. Algunos boranos típicos son B2H6, B4H10, B9H15, B10H14, B20H16, etc.

Durante un tiempo los químicos estaban sorprendidos por estas sustancias ya que las teorías conocidas  sobre los enlaces químicos no parecían aplicables a ellos puesto que aparentemente no poseían un número de electrones suficientes para formar los enlaces necesarios. Ello condujo al desarrollo de un nuevo concepto de enlace químico consistente en dos electrones pero no localizados entre dos átomos (como es lo tradicional) sino repartidos entre tres átomos. La tarea de científicos como Lipscomb mostró que en los boranos sus átomos se colocan en una disposición semejante a una jaula (estructura poliédrica), aclarando la relación existente entre la fórmula molecular del borano y el número y los tipos de enlaces encontrados en la molécula. A partir de su trabajo y el de Hawthorne se pudieron elaborar otros derivados, como los carboranos (con átomos de carbono).

CARBORANOS
Los carboranos tienen la fórmula general C(2)B(n)H(n+2) donde C es carbono, B es boro, H es hidrógeno y n es un número (usualmente entre 3 y 10). Poseen estructuras poliédricas regulares en forma reticular con los átomos de carbono adyacentes.

A partir de ellos se obtienen los metalcarborano que, como su nombre indica, contienen átomos metálicos. Uno de los carboranos típicos que sintetizó Hawthorne, para n=5, fue el C2B10H12, del que derivó un metalcarborano con níquel, el Ni(C2B9H12)2. Las propiedades de los metalcarboranos les hacen únicos ciertas aplicaciones médicas e industriales especiales. 

Así, ciertos metalcarboranos están siendo investigados por el grupo de Hawthorne por sus posibilidades, mediante ciertos estímulos, de funcionar como nanomotores de nanomáquinas.

Un ejemplo diferente sería la fabricación de membranas para potabilizar agua en zonas insalubres, construidas con un material polipirrólico que para secuestrar los cationes indeseables, está “dopado” con aniones carborano, concretamente con un cobaltocarborano de alta estabilidad química y selectividad.

Otros metalcarboranos como ciertos rutenocarboranos o el rodacarboranos se usan como eficientes catalizadores en la industria química como la de petróleos, en reacciones de hidrogenación, polimerización, etc.

Otro ejemplo es el desarrollo de derivados borados para la terapia por captura neutrónica en boro (BNCT).

BNCT
La BNCT implica la inyección en el cuerpo del paciente de una droga, o un compuesto, que transporte la molécula con boro, y cuya composición química sea afín con el tejido tumoral de tal modo que se adhiera a él y no al tejido sano. El boro 10 se incorpora específicamente en mayor proporción en las células tumorales que en las normales gracias a que es transportado por una molécula, la fenilalanina, que si bien participa activamente en procesos metabólicos de todas las células, su consumo está exacerbado en tumor. Lo ideal es lograr que el boro transportado por la droga sea absorbido sólo por el tejido tumoral y no por el sano. La relación lograda hasta ahora es del orden de 4 a 1, es decir que se alojan cuatro veces en el tumor y una vez en el tejido sano.

La segunda etapa consiste en la irradiación, de la zona afectada, con neutrones de muy baja energía. Dichos neutrones, al entrar en contacto con el Boro, producen una reacción nuclear, y como consecuencia de esta reacción se liberan partículas alfa. Las células absorben la energía de las partículas alfa, y ésta destruye su capacidad de reproducción porque daña el ADN nuclear de la célula cancerosa sin producir daño significativo en el tejido sano.  La selectividad del boro es otra de las ventajas frente a otras terapias con irradiaciones, como las de cobalto

Hasta ahora la BCNT se ha aplicado principalmente a tumores cerebrales malignos del tipo de los glioblastomas multiformes y a melanomas con diferentes localizaciones. Fue en los años 50 cuando un neurocirujano del Hospital General de Massachussets en Boston comenzó a tratar tumores cerebrales con esta terapia. Sin embargo, la falta de compuestos de boro que se concentraran preferentemente en el tumor y la carencia de un haz neutrónico adecuado llevó al fracaso. En Japón, otro neurocirujano, discípulo del anterior, continuó desarrollando la técnica utilizando un nuevo compuesto, el borocaptato de sodio, BSH, con resultados prometedores. Simultáneamente, en los años 70, Mishima en Japón comenzó el tratamiento BNCT de melanomas utilizando BPA, un aminoácido borado, análogo del precursor fisiológico de la melanina, la cual se sintetiza en los melanocitos, que son las células malignizadas en el melanoma. En un ensayo clínico sobre 24 pacientes se logró una curación completa del 75%.  En otros países, como Italia y Argentina, también se iniciaron programas específicos, pero los tratamientos se realizaron  en reactores, a la espera de que se consolidase la eficacia de la BNCT y se instalasen aceleradores en los hospitales. La idea global, por ahora, es considerar la BNCT como una terapia complementaria, que sería relevante en casos concretos.

Desde hace dos años el grupo del Dr. Hawthorne, nuestro medallista Priestley 2009, se ha trasladado a la Universidad de Missouri, Columbia, donde han creado el International Institute of Nano & Molecular Medicine con un reactor nuclear de 10-MW, que es mayor reactor académico nuclear existente  a fin de poder investigar las aplicaciones médicas de este fascinante grupo de compuestos químicos, los metalcarboranos.