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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Maravillas de la Química combinatoria

El avance dado por la rama científica conocida con el nombre de "Química combinatoria" se considera como uno de los diez hechos científicos más importantes del pasado año. La Química combinatoria promete logros tan variados como la obtención de innumerables y mejores medicamentos, o de nuevos superconductores más eficaces o de una nariz artificial especializada en el análisis de olores. Y todo ello con productividades miles de veces superiores a las hasta ahora conocidas.

Los procesos químicos tradicionales son lentos, de modo que un químico industrial suele darse por satisfecho si, al cabo de un año de trabajo, ha sido capaz de sintetizar unas pocas nuevas moléculas de interés potencial para la medicina, la industria o la agricultura. En ese mismo tiempo las modernas técnicas de la Química combinatoria pueden dar lugar a miles de nuevas moléculas. Esa metodología nace de la convergencia de la química y de la biología y se hace posible por los avances fundamentales que se están logrando en los campos de la miniaturización, de la robótica y de la obtención de receptores moleculares.

HISTORIA. Los precedentes los podemos fijar en el científico americano Bruce Merrifield, de la Universidad Rockefeller, de Nueva York, quien, en los años 70, desarrolló un sistema de fabricación de péptidos (cadenas lineales de aminoácidos, que cuando son suficientemente largas constituyen las proteínas), anclando la molécula peptídica en un soporte sólido durante su proceso de elaboración y alargamiento sucesivo con nuevos aminoácidos. El Dr. Merrifield fue recompensado por sus hallazgos, en 1984, con el Premio Nobel de Química.

El paso siguiente puede ser atribuido al Dr. Mario Geysen, quien trabajaba en la Universidad de Melbourne, en Australia, donde diseñó un sistema capaz de fabricar un buen número de péptidos casi en el mismo tiempo necesario para sintetizar uno solo. De un modo parecido al sistema de Merrifield, cada péptido lo fabricaba sobre el extremo de una especie de alfiler molecular. En cada nueva etapa de alargamiento de la cadena peptídica, con uno de los posibles veinte aminoácidos biológicos diferentes existentes, el extremo del "alfiler", sobre el que estaba situado el péptido en fabricación, se introducía en minirrecipiente que contenía la disolución adecuada del nuevo aminoácido a añadir, realizando las convenientes operaciones químicas necesarias para la formación de un nuevo enlace peptídico.

El truco del Dr. Geysen consistió en desarrollar un dispositivo que contaba con una precisa disposición de centenares de tales alfileres moleculares, alineados con otro dispositivo que tenía, también, los centenares de minirrecipientes correspondientes. La inmersión de un alfiler en un minirrecipiente se transformaba en la inmersión de centenares de alfileres en sus oportunos minirrecipientes, pasando desde una reacción individual hasta centenares de reacciones simultáneas múltiples. En cada etapa, para una misma clase de alfileres previos, se podían utilizar minirrecipientes con aminoácidos diferentes, es decir, que sobre cada uno de los alfileres diferentes se podía sintetizar una proteína distinta, con lo que, contando con el instrumental oportuno, en unas pocas fases sucesivas del proceso se van obteniendo miles de moléculas (en este caso proteínas) distintas: se ha construido lo que se conoce con el nombre de una biblioteca de moléculas.

BIBLIOTECAS. El método original pronto sufrió grandes avances y mejoras. Por ejemplo, se pueden sustituir los alfileres moleculares por bolitas de plástico introducidas en saquitos de malla, de modo parecido a las bolsitas de infusiones. En 1991 se obtuvo la primera biblioteca con más de un millón de péptidos diferentes, cada uno de ellos unido a su correspondiente bolita de plástico cuyo diámetro era inferior al grosor de un cabello humano. Pronto se pudieron lograr también otra variedad de polímeros, los nucleótidos, constituyentes de los ácidos nucleicos.

Las sustancias peptídicas y los oligonucleótidos tienen un gran uso en Medicina, pero muchos de los medicamentos existentes no tienen estructuras poliméricas, sino que son moléculas químicas conocidas con el nombre de heterociclos. Sus enlaces químicos hacen que las moléculas sean cíclicas y que algunos de los átomos de los ciclos no sea carbono. Su diversidad radica en las porciones moleculares diferentes, los sustituyentes, que pueden unirse en lugares oportunos de los heterociclos. En 1993 el grupo bioorgánico de la compañía Parke Davis, usando técnicas basadas en las antes expuestas, fue capaz de obtener la primera biblioteca de moléculas heterocíclicas, variando los sustituyentes. Concretamente se trataba de una familia de moléculas relacionadas con la molécula base del medicamento valium.

APLICACIONES. El desarrollo actual de los procesos de la Química combinatoria se puede resumir en las palabras del Dr. Czarnik, gran experto en el tema: "Una vez que se encuentra el camino para hacer una librería molecular, se puede anticipar que la obtención de unos 10.000 compuestos se puede conseguir por una o dos personas en un par de meses". Por ello, a escala mundial está en marcha la puesta a punto de un gran banco de datos que recoja toda la información que se va acumulando al respecto.

El problema ya no es el de la producción masiva de nuevas moléculas, sino el de su acertada aplicación. Ello significa determinar las estructuras de esas moléculas. Y, sobre todo, el análisis de su actuación y propiedades. En estos campos también se están produciendo grandes avances, basados en la microelectrónica e informática así como en los nuevos sistemas biológicos de receptores moleculares específicos.

Retornemos ahora al comienzo de este artículo. Aparte de la obtención de medicamentos potenciales por parte de numerosas empresas farmacéuticas, la compañía californiana SYMX TECHNOLOGIES está usando la Química combinatoria para la obtención de nuevos semiconductores, compuestos fosforados para pantallas de ordenadores, componentes magnéticos, etc. Y, respecto a la nariz artificial a la que nos referíamos, se ha desarrollado un prototipo basado en la obtención de moléculas que cambian de color cuando determinadas sustancias químicas se unen a ellas. Este prototipo ya se ha comprobado, con éxito, para detectar los explosivos que contienen las minas antipersonales, lo que previsiblemente ayudará a la eliminación de este terrible problema. Se estima que, diariamente, unas 800 personas son gravemente heridas o muertas accidentalmente como consecuencia de la activación de alguna mina terrestre antipersonal, ya que las heridas que producen, frecuentemente, exigen la amputación de los miembros afectados y los más perjudicados suelen ser los refugiados que retornan a su antiguo hogar en las zonas devastadas. Las minas antipersonales matan 10 veces más civiles, inocentes, que soldados.