Antígenos contra el cáncer

Este es un post muy agradable de escribir. Nace para comentar una publicación muy especial de nuestro grupo de investigación. Y es especial por diversos motivos. El principal; se trata de una publicación en una de las mejores revistas internacionales de Química, Journal American Chemical Society. Es un trabajo muy completo y muy especializado que trataré de resumir para que sea legible por el mayor público posible.

Y entro de lleno en el tema, ¿qué son los antígenos? Los antígenos son moléculas que inducen la formación de anticuerpos, debido a que el sistema inmune las reconoce como una amenaza, pudiendo causar por tanto una respuesta inmunitaria. En este sentido, hay células tumorales que tienen sobre-expresadas y modificadas ciertas glicoproteínas.

Alto, un momento, ¿qué es una glicoproteína? Una glicoproteína es una proteína (cadena de aminoácidos) que tienen enlazados determinados carbohidratos (azucares como glucosa y derivados). Cuando la cadena de aminoácidos no es muy larga hablamos de glicopéptido.

Esa modificación en las células tumorales deja muy expuesta la cadena péptica. Es decir, a la glicoproteína le quedan pocas moléculas de carbohidrato “protegiéndola”. Suelen mantenerse un solo carbohidrato llamado N-acetilgalactosamina unido a la cadena peptídica por un aminoácido que es serina o treonina. A esa combinación de N-acetilgalactosamina con serina o treonina se le llama antígeno Tn, y es capaz de generar respuesta inmune.

Este hecho es importante por dos aplicaciones fundamentales. La primera es que al tratarse de una estructura molecular que aparece en células cancerosas, puede servir como marcador de detección de cáncer. Es decir, si tenemos un sistema molecular que reconoce el antígeno Tn y es observable, podemos detectar la existencia de la enfermedad. Esto se puede hacer actualmente con anticuerpos monoclonales y test enzimáticos (ELISA).

La segunda aplicación tiene que ver con las vacunas terapéuticas de las que ya hablé algo en un post anterior y es probable que vuelva a escribir más de ello. Recordamos que a diferencia de las vacunas normales, que se aplican a individuos sanos para activar su sistema inmune, las vacunas terapéuticas se aplican sobre individuos con enfermedad. Esta táctica se puede emplear en etapas iniciales del cáncer. Para estimular el sistema inmune, acudimos a moléculas que generen anticuerpos, que como hemos dicho en los párrafos anteriores llamamos antígeno. O sea, podemos utilizar los antígenos para “acelerar” o “estimular” la respuesta del sistema inmune y poder combatir la enfermedad, en este caso, el cáncer, en sus primeras fases de proliferación.

Pero la respuesta inmunogénica por excelencia en este tipo de moléculas es dada por una secuencia glicopeptídica en la que está incluido el antígeno Tn, las mucinas. El nombre de mucina  viene de la capa viscosa que recubre los epitelios de los órganos huecos del tracto digestivo, respiratorio y genitourinario (mucosidad, moco, ¿nos suena?). A este tipo de antígenos se les denomina antígenos asociados a tumores.

Sin embargo, esas moléculas pueden no ser lo suficientemente efectivas para el tratamiento del cáncer, bien porque el sistema inmune tiene con ellas cierta tolerancia y también porque deben de ser transportadas intactas (sin que sufran procesos de ruptura ni se desvíen de su ruta) a la zona del tumor.

Hay diferentes estrategias que se pueden desarrollar para lograr aumentar esa respuesta inmune. Una de ellas puede consistir en cambiar el átomo (oxígeno) que une la parte carbohidrato con el aminoácido. Por ejemplo cambiar el oxigeno por el azufre. Es bien sabido que estos “tioglicopéptidos” tienen una mayor resistencia a la ruptura química y enzimática y por tanto unos excelentes candidatos para nuestro propósito.

Y aquí es donde comienza la química y estudio realizado en el grupo de investigación. Para empezar obtener los derivados azufrados no es tarea sencilla. Aunque existen muchos procedimientos para “unir” la parte carbohidrato al aminoácido mediante un azufre hay muy pocos que sean selectivos. ¿Qué es esto de selectivos? Una reacción orgánica puede dar diferentes compuestos con la misma formula pero diferente disposición espacial. El organismo es muy listo y solo detecta un tipo de estos compuestos. Conseguir está selectividad y obtener el compuesto que queremos es químicamente muy complejo y es de lo que trata la primera parte del articulo. Utilizamos una reacción denominada Michael (sonará, o debería de sonar a todos aquellos que hayan estudiado una asignatura de Química Orgánica) que adiciona nuestro tio-carbohidrato a la parte aminoácido. Para hacerlo de forma selectiva se emplea algo que denominamos “auxiliar quiral” que esta incorporado en la parte aminoácido. Obtenemos buenos rendimientos y buenas selectividad y además permite introducir una buena serie de carbohidratos. Es decir tenemos un procedimiento bueno, bonito y barato.

Lo siguiente que hay que hacer es saber si estos compuestos pueden comportarse de la misma forma que los derivados oxigenados (aquellos antígenos que daban respuesta inmune). Y para ello lo primero que tenemos que saber es si la disposición espacial es similar. Las moléculas se sienten más cómodas (menor energía) en determinadas disposiciones. Si una de nuestras moléculas tiene que interactuar con otra más grande (anticuerpo) es conveniente que la disposición que necesaria sea una de esas disposiciones cómodas. Para aproximarnos a estas disposiciones en 3D , en las que además tenemos que tener en cuenta el disolvente (el agua), se realizan estudios experimentales de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Los datos que se sacan de ahí se introducen en cálculos teóricos que denominamos de dinámica molecular. Esto nos da unas estructuras teórica pero que tienen que cumplir con los datos experimentales vistos anteriormente. Con esto vemos que nuestra molécula con el azufre se comporta en el espacio, en 3D, de forma similar a sus primo-hermanos que tienen el oxígeno. Y curiosamente, y al igual que en el primio-hermano de la serina, una molécula de agua actúa de puente entre la parte carbohidrato y la peptídica.

Molécula del análogo del antígeno Tn en una de sus conformaciones mayoritarias con una molécula de agua puente

Pero necesitamos saber más. Y lo siguiente es conocer su comportamiento biológico. Aunque lo ideal seria saber si estos compuestos son capaces de generar anticuerpos estaríamos hablado de palabras mayores y son trabajos a realizar en el futuro. Estos estudios necesitan que incorporemos nuestras moléculas en pépticos mayores, necesitan ser testados con anticuerpos, necesitan… más tiempo y más inversión.

Sin embargo, sí podemos acudir a otro tipo de ensayo. Lo que hacemos es enfrentar nuestros compuesto a una lectina (unas proteínas con unas altas afinidades por los carbohidratos). Para ello se realizaron unos ensayos denominados ELLA (del inglés  enzyme-linked lectin assay) con los que pudimos medir la afinidad de nuestro sustrato por la lectina y compararla con sus análogos oxigenados. Con ello pudimos observar satisfactoriamente que no solo el comportamiento estructural era similar sino también su afinidad por proteínas tipo lectina era más o menos igual al antígeno Tn oxigenado y con el aminoácido serina. Además, mediante experimentos de RMN (denominados STD) logramos averiguar cuales eran las partes de la molécula que interacionaban con la lectina.

El análogo de antígeno Tn interacionando con la lectina

Como he dicho anteriormente estos estudios abren la puerta a seguir trabajando con estos sustratos azufrazos e incorporarlos en péptidos más grandes. La tesis del estudiante Ismael Compañón y parte de la tesis de Víctor Rojas van encaminadas a ese objetivo. Y una cosa clara, aunque el título habla de la palabra cáncer y el artículo de metodologías para luchar contra él, esta es una carrera largisima. El artículo es una gota, una pequeña gota en esa larga carrera para paliar una de las enfermedades cuyo solo nombre asusta. En la Ciencia no hay varitas mágicas y en la lucha contra el cáncer tampoco. Inversión, conocimiento, buen y mucho trabajo y si puede ser colaborativo son el camino.

Esta entrada participa en el XXXI Carnaval de Química que organiza MartaMacho en su blog ZTFnews.org

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Hay más química en un vino que en una Coca Cola

Uno de los primeros post de este blog estuvo relacionado con nuestros trabajos de investigación sobre el empleo de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) en el mundo de la enología. Mediante una rápida preparación de la muestra y un corto experimento obtenemos información en un espectro de muchos de los compuestos del vino. Sí, he dicho bien, el vino tiene centenares de compuestos químicos, afortunadamente, que le dan esas características especiales. Los dos mayoritarios son agua y etanol, pero hay aminoácidos, ácidos orgánicos, alcoholes superiores, polifenoles… Un largo etcétera que le dan al vino su personalidad.

El otro día en el curso del Máster de Química Avanzada en el que imparto docencia, Técnicas Avanzadas de RMN, les propuse a los alumnos hacer unos análisis por RMN de algo muy cotidiano. Es un experimento que cuando el número de alumnos lo permite suelo realizar. Nos fuimos a la máquina de refrescos y sacamos dos latas, una de Coca Cola normal y otra de Coca Cola Light (la Zero también es válida). Una de las desventajas que tiene la RMN frente a otras técnicas analíticas es la menor sensibilidad. Pequeñas concentraciones de una determinada sustancia no son fácilmente detectadas. Sin embargo como ventajas tenemos la fácil preparación de la muestra y la rapidez del análisis.

Con las dos latas fuimos al laboratorio y después de quitarles un poco el gas añadiéndola en sendos vasos, sacamos 0.45 mililitros de cada una.  Introducimos esa cantidad en los tubos especiales de RMN y les añadimos 0.05 mililitros de un agua un poco especial, agua deuterada. En este agua se intercambian los hidrógenos por un isótopo un poco más pesado, el deuterio. Es inerte y por tanto no afecta a la muestra pero ayuda que el análisis salga correctamente.

Con esto nos bajamos el laboratorio de RMN. Introducimos la muestra de Coca Cola normal, ajustamos el equipo (unos dos minutos) y lanzamos el experimento (un minuto aproximadamente). Experimento hecho. ¿Y qué pudieron observar los alumnos? Que la práctica totalidad de la muestra, a parte de agua es azúcar. Nada extraño pues ya viene clarito en la información nutricional, 10.6 gramos por 100 mililitros (una burrada, por cierto). Evidentemente hay más compuestos, pero en concentraciones tan escasas que es muy difícil de observar.

Pasamos a la siguiente muestra. Introducimos la Coca Cola Light y realizamos el mismo análisis con el mismo tiempo. Antes, hacemos la pregunta; ¿tendrá o no tendrá, tal como dice la lata, azúcar esa Coca Cola? Hay algo de escepticismo. El resultado no puede ser más claro. Nada de azúcar. Ni rastro. Siempre dejando claro la limitación de esta técnica. Limitación, que sin embargo, nos permite ver compuestos minoritarios como el aspartamo (0.18 gramos por lata de 330 mililitros), ese edulcorante tan acosado (enlace al magnífico blog de @elbuhodelblog), que necesita estar en muy poca cantidad para dar el dulzor que da el azúcar en las cantidades antes mencionadas.

Análisis de las tres bebidas con los componentes principales (además del agua)

¿Y todo esto qué tiene que ver con el vino? Pues que los mismos análisis realizados con ese magnífico producto de la uva nos muestran muchos más compuestos químicos (y muchos de ellos en más cantidad) que los que vemos en una lata de Coca Cola. Sobre todo si analizamos las ampliaciones en la zona de ácidos orgánicos, aminoácidos, alcoholes superiores, polifenoles... Muchas de estas moléculas son procedentes de la propia uva y otras muchas transformadas y “creadas” por los procesos enológicos que realiza el hombre desde hace siglos y que ha ido perfeccionando. Si las bodegas tuvieran que poner la información nutricional del vino como en la lata de Coca cola, necesitarían una etiqueta bien grande. Y como he dicho al principio, afortunadamente están todas esas moléculas que le dan al vino esa característica que nos permite disfrutarlo. En torno al vino tenemos cientos de compuestos químicos, historia de elaboración y consumo, numerosas ciencias y especialidades alrededor, en definitiva cultura. Dicho de otro modo, el título del post bien podía ser también: Hay más química (y ciencia) en un vino que en una Coca Cola (afortunadamente).

Análisis de las tres bebidas con la ampliación en zona de ácidos orgánicos, aminoácidos alcoholes superiores...

Análisis de las tres bebidas con la ampliación de la zona de polifenoles

NOTA1. Para gente más experta en RMN comentar que como es evidente estos experimentos se hacen con una técnica de supresión de agua, de otra forma lo único que veríamos sería el agua de las muestras.

NOTA2. Esta entrada participa en el XXXI Carnaval de Química que organiza MartaMacho en su blog ZTFnews.org

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Las redes sociales en la enseñanza de Química

Hace unas semanas un profesor del grupo de investigación me propuso ir a una de sus clases a comentar algo sobre las redes sociales (RRSS). La clase era del Máster de profesorado (especialidad Física y Química) y la idea era hablar algo sobre el empleo de los recursos en internet en la enseñanza secundaria. Al principio media hora. Luego preparé una presentación para una hora aproximadamente. Al final estuve las dos horas de clase.

Si un profesor universitario tiene mucho y bueno que encontrar en las RRSS, un profesor de secundaria, creo, y es una opinión personal, no puede vivir ya de espaldas a ella. Primero, por que las RRSS pueden ser excelente medio de comunicación profesor alumno. Y segundo por que la cantidad y calidad de recursos que se pueden encontrar no deja de crecer. Recursos para que el propio profesor aprenda, recursos para ofrecer a los alumnos permitiendo una enseñanza más versátil, recursos para debatir...

Os dejo la presentación que preparé. Hablé de muchos de los blog que suelo visitar. Faltan, pero como se suele decir, son todos los que están. Algunos han cambiado de alojamiento desde que di la clase, pero he preferido dejar la presentación tal cual. Hablé de programas de radio, de perfiles de Facebook, de Twitter, del Carnaval de la Química...

Aquí os dejo la presentación. 

RRSS en la enseñanza de la Química from hebusto

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La Tabla Periódica a todo ritmo

El otro día una estudiante de doctorado de nuestro grupo compartió en nuestro grupo de Facebook un video (que es solo música) que no me he podido resistir a poner en el blog. Muchas veces he comentado que la tarea de difundir la Ciencia, y la Química en particular, la tenemos que realizar por tierra, mar, aire... y música!

No soy muy aficionado a las radios musicales ni a programas como Anda Ya de los 40 principales, pero este remix musical merece la pena escucharlo. La Tabla periódica a ritmo de DJ. En los títulos de crédito del video sale como autor @IvanPlazasDj, así que a él el mérito!

Aquí os dejo el remix discotequero de la Tabla Periódica!!

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Química: estudios con futuro profesional

Hace unos meses se publicó un informe en el que la carrera universitaria de Química se enmarcaba como uno de los estudios con más salidas profesionales junto con ADE (Administración y Dirección de Empresas) e Ingeniera Industrial especialidad Mecánica. El estudio fue realizado por la empresa Randstad, una compañía de trabajo temporal y de recursos humanos y que difundió este resumen: http://goo.gl/TfzcJI. Aunque dejo el enlace al informe completo al final del post, quiero destacar el párrafo en el que se mencionan los estudios de Química.

Los titulados en Química se erigen como uno de los colectivos en los que las perspectivas de incorporación al mercado laboral se muestran más favorables, más aún si se trata de carreras de Ciencias. Su versatilidad les permite ejercer como trabajadores en un laboratorio especializado, como profesionales de la enseñanza de esta disciplina o como técnicos. La contratación de estos titulados se realiza en diversos sectores: farmacéutico, cosmético, medioambiental, bioquímico, alimentario, etc.

Evidentemente para que Química esté en las primeras posiciones la industria y empresa químicas y relacionadas deben de tener una salud económica aceptable. Pero el informe dice algo que los que hemos “vendido” en alguna ocasión los estudios de Química siempre mencionamos, la versatilidad. Como Ciencia central la Química permite abordar problemas desde diferentes puntos de vista, y lo que es más importante, da acceso a muchas especialidades con una sólida base científica.

Alumnos realizando práctica en un laboratorio de láseres

Pero además creo que estos estudios tienen más características interesantes para el mercado laboral o el emprendimiento. Y una de ellas es el trabajo en el laboratorio. La mayor parte de las asignaturas en todas las universidades tienen un porcentaje nada desdeñable de prácticas. Por un lado, están las prácticas informáticas, más extendidas en la mayoría de los estudios y por otro lado las prácticas de laboratorio.

Estas prácticas de laboratorio pueden llegar a realizarse de forma individual, lo cual les da un plus extra. En un laboratorio un alumno se enfrenta a muchas acciones que le harán ganar competencias que en un aula sería imposible.

1.- Preparación previa de la práctica, que en los últimos cursos suele estar en inglés, debiendo desarrollar esa competencia idiomática tan codiciada en el mercado laboral

2.- Realización de cuestiones previas que valoran si se ha entendido el guión.

3.- El alumno, sobre todo si realiza la práctica de forma individual, se enfrenta a la toma de decisiones. Los guiones de las prácticas de los primeros cursos están muy perfilados, pero en los cursos más avanzados las decisiones de los alumnos en función de sus competencias y conocimientos son vitales. Una decisión errónea hará que la práctica no salga correctamente. Una duda puede convertir la sesión en un laberinto sin salida. Se enfrenta a instrumentación que no ha utilizado nunca y de la que tiene la base teórica. Pero, ¿acertará con el comando adecuado en el correspondiente instrumento? Toma de decisiones con la red del profesor como salvavidas.

4.- Trabajo en equipo. Otras veces la práctica es en parejas y como profesores valoramos también como se realiza el trabajo y si este no recae exclusivamente en un miembro de la pareja. Otras veces, aunque la práctica sea individual, es necesario realizar alguna acción entre un grupo mayor de alumnos. Es necesaria la coordinación.

5.- Memoria final de la práctica. ¿Qué ha hecho el alumno? ¿Con que problemas se ha encontrado? ¿Ha salido todo según lo esperado? ¿Cómo se enlaza las prácticas realizadas con la teoría estudiada?

6.- Seguridad en el laboratorio. Imprescindible y primer seminario de todos los laboratorios. La seguridad con los productos que se manejan, con el instrumental que utilizan, con la gestión de los residuos… Estas acciones son ineludibles en cualquier empresa del sector químico y me atrevería a extender a cualquier sector.

Seguro que me dejo cosas. Simplemente he querido dar unas pinceladas del potencial didáctico, competencial, profesional… que tienen las prácticas entre probetas, matraces y tubos de ensayo. El laboratorio es un arma docente que no podemos perder. Ni nosotros como profesores, ni el mercado laboral como futuro receptor de estos estudiantes puede permitirse un abandono de estas prácticas de laboratorio. Ah! evidentemente esto es extensible a todas las Ciencias experimentales en las que abundan las prácticas. Y por supuesto, sin esfuerzo y preparación no se consigue nada ;)

Aquí os dejo el informe completo en PDF http://goo.gl/8Nsp6l

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