Una nueva metodología permite ver de manera rápida los flujos del metabolismo en las células

Simulación de los flujos del metabolismo en las células, con los nutrientes marcados con un isótopo estable que permiten estudiar los flujos y las dinámicas de transformación de estos nutrientes.
URV/ CIBER | jueves, 23 de febrero de 2017

Un grupo de investigadores de la Universitat Rovira i Virgili (URV), el CIBERDEM y el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) ha desarrollado una nueva metodología que explota la técnica de la resonancia magnética nuclear para estudiar el metabolismo. Se trata de una herramienta que permite controlar los flujos metabólicos de forma que, en sólo diez minutos, se puede obtener información dinámica de un gran número de moléculas. Esto puede ser útil en aplicaciones futuras para entender los motivos que llevan al desarrollo de determinadas enfermedades.

Si durante unos días hacemos fotografías de las paradas de metro de Barcelona, podremos ver cuántas personas esperan, conocer cuáles son las horas punta o deducir por qué unas estaciones están más llenas que otras. Pero no sabremos si ha pasado algo entre parada y parada que haya provocado que en un momento dado se acumule más gente en los andenes, o qué ha podido provocar retrasos importantes. Pues esto es lo que pasa cuando se estudia el metabolismo de una célula.

El metabolismo celular es como una red de metro en la que las estructuras químicas de los metabolitos pasan de una parada a otra mediante transformaciones bioquímicas. Hasta ahora, se podía determinar la cantidad de metabolitos en una célula, en un tejido o en un organismo, pero estudiar los flujos era técnicamente complicado y costoso en el tiempo. Pero ahora, un grupo de investigadores de la URV, el CIBERDEM y el IRB Barcelona ha creado una nueva herramienta que permite estudiar esto.

Las técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) utilizadas hasta el momento cubrían pocos metabolitos, además, los investigadores podían pasar muchas horas midiendo cada muestra y los datos eran difícil de interpretar. La nueva aproximación es muy rápida —diez minutos por muestra— y se obtienen muchos más metabolitos y con unos resultados mucho más fáciles de interpretar. Es decir, se puede saber de manera mucho más rápida y efectiva qué movimiento hace el metabolismo.

Se trata de una metodología basada en la RMN, que midiendo los átomos de hidrógeno (protones) permite determinar indirectamente la cantidad de átomos de carbono marcados en las estructuras químicas de los metabolitos. La medida del protón por RMN es mucho más rápida y sensible que la del carbono, puesto que marca un nutriente utilizado por las células para alimentarse, como la glucosa o los aminoácidos, con un isótopo estable. Los isótopos estables como el carbono 13 no son radiactivos y no suponen ningún peligro para los organismos ni para las personas que manipulan las muestras. De este modo, se pueden estudiar los flujos y las dinámicas de transformación de estos nutrientes dentro de la célula. De momento, la eficacia de esta nueva técnica se ha validado utilizando células de cáncer humano, pero es directamente aplicable a cualquier modelo biológico.

Entender los motivos que llevan a determinadas enfermedades

En la enfermedad de la diabetes –un síndrome de metabolismo alterado—, por ejemplo, el fenómeno se inicia mucho antes de que aumenten los niveles de glucosa en sangre, ya que el cuerpo utiliza muchos mecanismos y compensaciones para mantener estables los niveles de este nutriente. Ahora bien, cuando se empiezan a ver niveles de glucosa altos en sangre es que la enfermedad está avanzada.

Esta técnica que ahora se ha publicado introduce una nueva manera de estudiar los mecanismos que hacen que determinados tejidos del organismo, por ejemplo, células del hígado o páncreas, no puedan regular los niveles de glucosa o se vuelvan insensibles. Es decir, el estudio de los flujos metabólicos ayuda a entender mejor los motivos iniciales y el mecanismo por el cual se desarrolla una enfermedad y, por lo tanto, también permite diagnosticarla.

En definitiva, se trata de una metodología con gran potencial con la que clínicos y biólogos moleculares podrán entender mejor determinadas enfermedades. Esta nueva técnica, además, deja de lado el uso de la radiactividad en el estudio del metabolismo, como se había hecho históricamente.

En este artículo, publicado en la revista científica Angewandte Chemie, se demuestra el resultado de este trabajo en células de cáncer, pero los investigadores aseguran que se puede dar glucosa, aminoácidos o grasas marcadas con isótopos estables a otras células o incluso animales. También, el hecho de que no sean radiactivos facilita enormemente poder trabajar, puesto que no hacen falta condiciones especiales en el laboratorio.

Para llevar a cabo este trabajo, los investigadores han utilizado la RMN de una manera diferente a cómo se ha hecho hasta ahora para estudiar el metabolismo. Maria Vinaixa, investigadora al Departamento de Ingeniería Electrónica de la URV y en la actualidad investigadora de la Universidad de Manchester, y Òscar Yanes, investigador del mismo departamento de la URV y coordinador de la Plataforma de Metabolómica del CIBERDEM, explican que con esta metodología “explotamos al máximo la resonancia magnética nuclear en cuanto a sensibilidad y cobertura del metabolismo”, y consideran que “es difícil llevarlo más allá”. Ahora, la limitación es la misma resonancia.

Artículo de referencia:

Vinaixa, M., Rodríguez, M. A., Aivio, S., Capellades, J., Gómez, J., Canyellas, N., Stracker, T. H. and Yanes, O. Positional Enrichment by Proton Analysis (PEPA): A One-Dimensional 1H-NMR Approach for 13C Stable Isotope Tracer Studies in Metabolomics. Angewandte Chemie. doi:10.1002/anie.201611347