FOTOQUÍMICA DE BIOMOLÉCULAS
El grupo de investigación FOTOAIR tiene una sección en la Facultad de Farmacia de Albacete, en la cual se estudian procesos fotofísicos que involucran a moléculas de interés biológico y/o farmacológico. Para ello, se emplean diversas técnicas experimentales como espectroscopía fluorescente (tanto en estado estacionario, como resuelta en el tiempo) y microscopía de imagen de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM de sus siglas en inglés). Las principales líneas de investigación desarrolladas son las siguientes:
Biosensores fluorescentes
En nuestro grupo estamos especialmente interesados en el desarrollo de nuevos biosensores de tiempo de vida de fluorescencia. Estos biosensores ofrecen grandes ventajas sobre los biosensores fluorescentes convencionales, en los cuales se correlaciona la respuesta a un estímulo con la intensidad de fluorescencia emitida por el sensor. Al igual que la intensidad de fluorescencia, el tiempo de vida de la fluorescencia también muestra sensibilidad a una gran variedad de estímulos (concentración de analitos, temperatura, viscosidad, presión, etc.) pero dicho tiempo de vida es independiente de la concentración de sensor o la intensidad de la fuente de excitación aplicada. Esto es de gran interés cuando se trabaja con muestras complejas, como es el caso de las muestras biológicas donde no siempre es posible asegurar concentraciones constantes y homogéneas de sensores, ni irradiar con la misma intensidad todos los puntos de la muestra. Actualmente estamos trabajando en el desarrollo de biosensores basados en quantum dots funcionalizados péptidos y aminoácidos para determinar pH intracelular y mitocondrial, así como analizar el efecto de fármacos y sustancias tóxicas en el estado celular. Asimismo, se está también estudiando sensores fluorescentes para cuantificar concentraciones de diferentes tipos de iones como SO42- y Cu2+. Finalmente, también estamos desarrollando moléculas cuyas propiedades fluorescentes sean altamente sensibles a la temperatura y puedan ser empleadas como “termómetros moleculares”.
Imagen FLIM de células C3H/10T1/2 tratadas con un biosensor de pH llamado QD-DPA. Puede verse como el color de las células (asociado a una escala arbitraria de tiempos de vida) cambia con el pH.
Interacciones fármaco-proteína
Una de las amplias aplicaciones de la espectroscopía de fluorescencia es el estudio de las interacciones entre fármacos y proteínas, permitiendo determinar parámetros como constante de afinidad, el número de sitios de unión y los parámetros termodinámicos de dicha interacción (ΔH, ΔS y ΔG), así como abordar ensayos de competitividad con otros fármacos o analizar cambios estructurales. En nuestro grupo estamos especialmente interesados en el estudio de las interacciones entre quinasas que han sido establecidas como dianas terapéuticas (como PLK1) y fármacos antitumorales en diversas fases de ensayos clínicos (Volasertib, BI-2536, GSK-461364, Ro-3280, etc.). También estudiamos sus interacciones con la proteína transportadora HSA, con el objetivo de obtener información útil sobre la biodistribución y farmacocinética de dichas sustancias.
Imagen del fármaco BI-6727 situado en el bolsillo activo del dominio quinasa de la proteína PLK1.
Nuevos nanosistemas fluorescentes para la liberación controlada de fármacos
Los sistemas de liberación controlada de fármacos (DDS) permiten una administración más efectiva y segura del fármaco, mejorando su farmacocinética y biodistribución, disminuyendo su toxicidad, y permitiendo desarrollar nanomedicamentos de precisión mediante el anclaje de anticuerpos o moléculas diferenciadoras. Es posible incluir fluorescencia a todos estos sistemas, facilitando el seguimiento y la monitorización simultánea de tratamientos farmacológicos, en lo que se denomina nanoteragnosis. Nuestro grupo de investigación trabaja en colaboración con el área de química inorgánica de la Facultad de Farmacia de Albacete, y diversos grupos nacionales de oncología translacional en el desarrollo de nanomedicinas basadas en matrices poliméricas, lipídicas, hidrogeles o metálicas, en las cuales incorporamos fluorescencia para seguir el tratamiento en distintos modelos de cáncer de mama, sarcoma, cuello o glioblastoma entre otros.
Distintas imágenes del seguimiento de nanoPROTACs poliméricos vectorizados con Trastuzumab para el tratamiento del cáncer de mama.