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Tres nuevos compuestos químicos sintetizados por científicos de la Universidad de São Paulo (USP) con sede en la localidad de São Carlos, en Brasil, se probaron exitosamente en ratones para el tratamiento del periodo agudo de la enfermedad de Chagas. Y pruebas preliminares realizadas durante la fase crónica confirman los resultados positivos.
Las tres sustancias tienen en común la capacidad de inhibir la actividad de la cruzipaína, una enzima esencial para la supervivencia del parásito Trypanosoma cruzi, causante de esta enfermedad, durante todas las etapas de su ciclo de vida.
Al testear los compuestos en asociación con el benzonidazol, el fármaco de referencia, los investigadores lograron que sobrevivieran entre el 60 % y el 100 % de los animales, porcentajes muy superiores al 10 % observado cuando se aplicó el benzonidazol aisladamente durante la fase aguda.
“Ahora estamos iniciando las pruebas farmacocinéticas, que ayudan a entender de qué manera se metabolizan las sustancias en el organismo y permiten determinar la dosis ideal y su régimen de administración. Esta información orientará los estudios que llevarán al avance en los ensayos preclínicos”, comentó Carlos Alberto Montanari, coordinador del Grupo de Química Medicinal del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP).
La investigación dirigida por Montanari se lleva a cabo con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP desde 2005, en el marco de un programa destinado a la génesis planificada de fármacos. Desde 2014, el grupo ha venido siendo financiado dentro del Proyecto Temático intitulado “Planificación, síntesis y actividad tripanosomicida de inhibidores covalentes reversibles de la enzima cruzaína”.
El grupo multidisciplinario también está integrado por los investigadores Andrei Leitão (IQSC-USP), Sérgio de Albuquerque (Facultad de Ciencias Farmacéuticas de Ribeirão Preto de la USP), Antonio Burtoloso (IQSC-USP), Carolina Borsoi Moraes (Universidad Federal de São Paulo) y Lúcio Freitas Júnior (Instituto de Ciencias Biomédicas de la USP).
“Todo empezó con el descubrimiento del blanco biomacromolecular: la cruzipaína. Esta enzima desempeña dos funciones importantes. En primer lugar, ayuda al parásito a reconocer, a adherirse a ella y a invadir la célula del huésped. Luego de ese proceso, pasa a tener un segundo efecto: la digestión de las proteínas de la célula huésped”, explicó Montanari.
Inicialmente, el grupo del IQSC-USP trabajó en el desarrollo de una versión recombinante de la cruzipaína, a la cual se le dio el nombre de cruzaína. Para ello los científicos modificaron genéticamente bacterias de la especie Escherichia coli a los efectos de que pasasen a expresar la cruzaína en grandes cantidades en los cultivos mantenidos en laboratorio.
Una vez hecho esto, fue posible iniciar la búsqueda de compuestos químicos capaces de inhibir la actividad de la enzima y realizar las primeras pruebas de interacción entre las moléculas.
“Analizamos virtualmente más de 100 millones de sustancias químicas incluidas en distintas bibliotecas de moléculas de diversas partes del mundo, cosa que solo fue posible merced al uso de herramientas de inteligencia artificial de tipo machine learning [aprendizaje de máquinas], que permiten analizar una gran cantidad de datos mediante métodos de quiminformática, de manera tal de hallar patrones de reconocimiento molecular que permitan efectuar predicciones”, dijo Montanari.
Provistos de herramientas computacionales y de información obtenida previamente sobre la estructura tridimensional de las moléculas, los científicos seleccionaron las sustancias más prometedoras para interactuar con la cruzaína e inhibir su función biológica mediante un proceso llamado acoplamiento molecular, con el cual se predice cómo sería el complejo conformado por la enzima y su potencial inhibidor.
Al cabo de ese tamizaje inicial, el grupo del IQSC-USP seleccionó y sintetizó unos 250 pequeños compuestos químicos en el transcurso de varios años para la realización de los ensayos de interacción In vitro.
“Empleamos la información recabada con las herramientas de machine learning junto con los datos de la estructura tridimensional de la cruzaína obtenidos mediante cristalografía de rayos X. Reuniendo todo esto, podemos ‘memorizar’ la estructura de la molécula que se sintetizará, de manera tal de incrementar las probabilidades de éxito de la inhibición de la enzima”, explicó Montanari.
Inicialmente, los compuestos sintetizados se testearon In vitro contra la enzima recombinante. El objetivo consistió en comprobar si actuaban efectivamente mediante el mecanismo de interacción que estudiaron los investigadores. Luego se testearon los candidatos más exitosos directamente contra el parásito, también In vitro.
De los 250 compuestos seleccionados inicialmente, alrededor de seis llegaron a testearse en animales. De acuerdo con Montanari, solamente aquéllos que se mostraron eficaces en concentraciones muy bajas avanzaron hacia la etapa de ensayos In vivo.
“En la práctica, vamos haciendo la síntesis de las moléculas siguiendo el concepto de planificación basada en hipótesis. Es otras palabras: luego de testear un compuesto en nuestro sistema bioquímico In vitro, utilizamos los resultados para planificar y perfeccionar la próxima molécula que se sintetizará. Más recientemente, con base en los resultados previos, logramos acercarnos a la estructura molecular ideal y seleccionamos 12 sustancias químicas con potencial para trabajarlas en la etapa preclínica con el objetivo de llegar a los ensayos en humanos posteriormente”, dijo el investigador.
Los ensayos In vivo
El primer compuesto testeado aisladamente en roedores no se mostró demasiado eficaz para promover la supervivencia, por eso los científicos decidieran proseguir con los ensayos combinando los inhibidores de la cruzipaína con el benzonidazol, el fármaco estándar en el tratamiento de la enfermedad de Chagas.
“Aunque el benzonidazol funciona bien durante la fase aguda, no muestra demasiada eficacia contra el parásito durante la fase crónica, que puede manifestarse muchos años después de que el paciente es infectado por el T. cruzi. Asimismo, es sumamente tóxico y provoca muchos efectos colaterales. Con la terapia combinada, podemos disminuir las dosis y los efectos adversos”, dijo Montanari.
Tal como explicó el investigador, una vez superada la fase aguda, el parásito puede pasar años en latencia en el organismo humano sin causar síntomas o sin ser detectado en los análisis de laboratorio. Solamente cuando surgen las complicaciones de la fase crónica, tales como el ensanchamiento de los ventrículos del corazón (una condición que afecta a alrededor del 30 % de los pacientes y que suele llevar a la insuficiencia cardíaca), la dilatación del esófago o el ensanchamiento del colon (que acomete hasta a un 10 % de los infectados y puede llevar a la pérdida de los movimientos peristálticos y a la dificultad de funcionamiento de los esfínteres), los médicos logran establecer el diagnóstico.
“Durante esa etapa de la enfermedad, cuando ya es posible detectar nuevamente al parásito en el organismo, pretendemos testear nuestros posibles fármacos. Hoy en día no existe una opción terapéutica eficaz para la fase crónica. Por eso ideamos esta terapia combinada”, dijo el investigador.
Las pruebas se realizaron con ratones infectados por la cepa Y del parásito, considerada una de las más virulentas halladas en Brasil. Según Montanari, los compuestos sintetizados en la USP revelaron un fuerte efecto sinérgico cuando se los combinó com benzonidazol.
“Aplicamos un nuevo concepto, muy utilizado en Estados Unidos por la Administración de Alimentos y Fármacos (FDA), que consiste en administrar una dosis subterapéutica con la esperanza de mitigar los efectos adversos de las sustancias aisladamente. Aparentemente tuvimos éxito, pues ningún ratón se murió y no observamos ningún efecto adverso”, dijo el científico.
Con tres de los seis compuestos testeados en animales, los investigadores lograron establecer la relación de dosis ideales de ambas sustancias (el benzonidazol y el inhibidor de la cruzipaína). Todos pertenecen al tipo químico de los péptidos miméticos, es decir, que exhiben propiedades fisicoquímicas similares a las de los péptidos, pero su estructura química no es peptídica. Por eso no son digeridos por las enzimas existentes en el estómago y puede administrárselos por la vía oral, y además generalmente poseen una mayor estabilidad química.
“Están mostrando un buen desempeño en el tratamiento de la fase crónica en los roedores. Ahora estamos aguardando la conclusión de los ensayos de farmacocinética para refinar el régimen de administración y la dosis. Posteriormente pretendemos asociarnos con la industria farmacéutica, en el marco de una asociación público-privada. Después de las etapas preclínicas, el proceso se vuelve sumamente costoso y resulta inviable de llevarlo adelante únicamente en la universidad”, dijo el investigador.
noviembre 7/2018 (dicyt.com)
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