Investigadors de l’Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC), en col·laboració amb l’Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l’Aigua (IDAEA) del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) han desenvolupat molècules que permeten controlar mitjançant la llum l’activitat dels receptors beta adrenèrgics localitzats en els cardiomiòcits, cèl·lules del múscul cardíac. Aquesta recerca, publicada en la revista Angewandte Chemie International Edition i provada en models de peix zebra, mostra el potencial de la fotofarmacologia (fàrmacs controlats mitjançant llum) per a l’estudi i control de la fisiologia cardíaca, i la seva aplicabilitat en éssers vius. A més, els resultats d’aquest treball apunten a la generació de futures teràpies més precises i amb menys efectes secundaris.
Els receptors adrenèrgics, localitzats en la superfície de les cèl·lules, són activats per unes substàncies anomenades catecolamines (adrenalina i noradrenalina) i la seva regulació és essencial per al correcte funcionament del cor i de molts altres processos fisiològics. Un d’aquests receptors és l’anomenat receptor β-adrenèrgic, que es troba en el cor, les artèries i els pulmons. Amb l’arribada de les catecolamines, aquests receptors s’estimulen, tot elevant la freqüència cardíaca i la broncodilatació, entre molts altres efectes. Aquests receptors són la principal diana terapèutica de fàrmacs de primera línia com els antiasmàtics o els betabloquejants.
Els betabloquejants es troben entre els fàrmacs més receptats a nivell mundial i serveixen per a tractar diverses patologies cardíaques, en particular en el tractament dels trastorns del ritme cardíac i en la cardioprotecció posterior a un infart de miocardi. Aquests fàrmacs bloquegen el receptor β-adrenèrgic, de tal forma que impedeix la unió de les catecolamines i evita la seva estimulació, millorant la funció del cor. No obstant això, alguns malalts amb problemes respiratoris poden desenvolupar efectes secundaris.
En aquest estudi, es van dissenyar i produir diverses molècules foto-regulables amb activitat betabloquejant. “Aquest treball presenta una nova estratègia per al control amb un alt nivell de precisió del receptor β1-adrenèrgic mitjançant molècules fotosensibles”, explica Xavier Rovira, investigador del grup Química Mèdica en el IQAC. “Els fotofàrmacs poden activar-se i desactivar-se mitjançant la llum amb un gran control en el lloc d’acció i durant el moment i temps desitjat, obrint així nous camins cap a teràpies altament específiques i amb menors efectes indesitjables que sorgeixen per l’acció dels fàrmacs en altres òrgans”, aclareix l’investigador.
De manera destacable, en aquest treball es demostra que amb aquestes molècules foto-regulables, que posseeixen una potència i selectivitat similar a la dels betabloquejants aprovats, es pot augmentar i disminuir el ritme cardíac mitjançant l’ús de llum de diferents colors. Aquestes molècules van ser provades en assajos in vitro, i en larves vives de peix zebra. “Aquest estudi confirma l’enorme potencial del peix zebra com a model de vertebrat en estudis de fotofarmacologia cardíaca“, indica Demetrio Raldúa, investigador del grup Toxicologia Ambiental en el IDAEA.
Aquest treball proporciona la primera prova de concepte del potencial de la fotofarmacologia per a l’estudi i control de la fisiologia cardíaca en entorns natius sense necessitat de modificació genètica, on el β1-adrenèrgic juga un paper fonamental. Aquest tipus de molècules podrien complir amb els procediments i requisits de fàrmacs convencionals que desenvolupen les empreses farmacèutiques.
“En el futur es desenvoluparan molècules amb diferents capacitats de control per llum per a futures aplicacions en recerca i s’espera que aquest i futurs treballs inspirin el desenvolupament de tractaments per a malalties cardíaques molt més eficients i amb menors efectes secundaris per als pacients”, conclou Rovira.
Anna Duran-Corbera, Melissa Faria, Yuanyuan Ma, Eva Prats, André Dias, Juanlo Catena, Karen L. Martinez, Demetrio Raldua, Amadeu Llebaria, Xavier Rovira. A Photoswitchable Ligand Targering the β1-Adrenoceptor Enables Light-Control of the Cardiac Rhythm. Angewandte Chemie. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202203449
Ana Sotres / IQAC-CSIC Comunicació
