El artículo de Miquel Oliver Rodríguez participó en el II Concurso de Divulgación Científica de la UIB
La serendipia se define como aquel descubrimiento valioso producido accidentalmente o por casualidad. El azar ha jugado un papel fundamental en la ciencia a lo largo de una era de afortunados hallazgos. La penicilina, los rayos X, la radioactividad o la sacarina son descubrimientos fruto del azar, descuidos o el desorden. Los liposomas son también uno de esos hallazgos debidos a un accidente fortuito.
A inicios de los sesenta, en pleno apogeo de la historia de las biomembranas y su estudio a través del microscopio electrónico, una serendipia tuvo lugar. Mientras Alex Bangham estudiaba el papel de las membranas biológicas, en particular, los fosfolípidos, en el proceso de la coagulación de la sangre observó algo que le dejó fascinado. Jugando con frotis (fina película de muestra) de lecitina de huevo contempló asombrado la forma en que interaccionaban con el agua para formar frondas móviles de estructura delicada e intrincada.
Con su compañero Horne tuvieron la certeza de que los fosfolípidos en agua formaban estructuras tipo bolsa. Simplemente debían agitar fosfolípidos en agua y la solvatación y la entropía asegurarían la formación espontánea de sistemas de membrana cerrada a las que llamarían “bangasomas” y, más tarde, “liposomas”; del griego lipos (grasa) y soma (cuerpo).
Los liposomas son vesículas (burbujas microscópicas) compuestas por fosfolípidos, la molécula predominante en las membranas de nuestras células. Pero ¿qué tienen de particular? Los fosfolípidos son un tipo de grasa o lípido anfipático (figura 1) con un extremo (la cabeza) soluble en agua o hidrofílico, y un extremo (dos colas) al que no le gusta el agua, hidrofóbico.
De este modo, en agua, los fosfolípidos se reorganizan en forma de bicapas lipídicas con las cabezas hacia el exterior e interior de la vesícula en contacto con el agua y las colas de cada monocapa enfrentadas entre sí para evitar el agua (figura 2).
Desde entonces, los liposomas se han estudiado ampliamente y sus propiedades se han aprovechado tanto en el campo de la medicina, la farmacia y la cosmética como también en la industria alimentaria. Las aplicaciones son muy diversas, pero todas se basan en el concepto de la encapsulación de fármacos, vitaminas, extractos de plantas e incluso material genético dentro del liposoma.
Aunque la encapsulación y el transporte es la aplicación más usada, los liposomas tienen otras utilidades dentro del mundo de la investigación. Estos presentan una bicapa similar a la membrana celular y pueden ser usados como modelos artificiales biomiméticos simplificados de la célula.
Con este fin, en nuestro grupo sintetizamos liposomas a base de lecitina de soja como modelo de membrana natural. La lecitina, a pesar de ser más compleja que un fosfolípido puro sintético, hace que nuestros liposomas se asemejen más a las membranas de los seres vivos, obteniendo resultados más afines a la realidad.
Aunque originalmente nuestros liposomas estaban compuestos solo por lecitina de soja, hemos experimentado añadiendo otros lípidos1 con la idea de darle complejidad a la membrana y modificar sus propiedades fisicoquímicas, como la carga superficial, la organización de los fosfolípidos, la fluidez y la hidratación.
Para que un compuesto realice su función (beneficiosa o tóxica) en nuestro organismo, antes debe cruzar la membrana celular, por lo que los principales determinantes de la absorción de ese compuesto son sus interacciones con los lípidos que componen la membrana.
Los liposomas nos permiten estudiar el efecto de los contaminantes en su bicapa lipídica, lo que nos sirve como una aproximación de lo que puede pasar en la membrana celular, pero sin recurrir a complejos y delicados cultivos celulares ni enfrentarnos a la ética de la experimentación con seres vivos.
La alteración que causa un compuesto en los liposomas se puede relacionar con su grado de afinidad con la membrana. Es decir, cuanto mayor sea la perturbación en la bicapa, mayor será la cantidad de compuesto que se incorpore y pueda acumularse en nuestras células2.
No solo eso; con estos estudios podemos saber si ese contaminante provoca un aumento de la fluidez de la membrana o altera su hidratación u organización, afectando, pues, al correcto funcionamiento celular. A su vez, también podemos relacionar ese cambio en la membrana con la toxicidad, de modo que los liposomas nos permiten obtener una idea preliminar de lo dañino que puede ser un compuesto en nuestras células.
Los resultados obtenidos han sido comparados con estudios celulares3, animales y también con experimentos de resonancia magnética nuclear y simulaciones computacionales teóricas de membrana4, obteniendo observaciones similares, reforzando así la idea del uso de liposoma como modelo biomimético de membrana para conocer el riesgo potencial de un contaminante de una forma fácil, rápida y económica.
Los liposomas nos permiten también evaluar la cantidad o fracción de un compuesto que puede ser absorbido en nuestro organismo y llegar al torrente sanguíneo, ya sea simulando la permeación a través de la piel o la asimilación de ese compuesto en el intestino. A esa fracción de compuesto se le conoce como “fracción biodisponible”, que es la que realmente capta nuestro cuerpo. Por tanto, poniendo en contacto los liposomas con una cantidad inicial conocida de compuesto durante un tiempo determinado, y analizando la cantidad no absorbida, podemos conocer la mayor o menor biodisponibilidad de ese compuesto. Ese valor nos permite evaluar, en el caso de un contaminante presente en el ambiente, la peligrosidad real que representa para los seres vivos.
Por tanto, entender la interacción de fármacos o contaminantes con la membrana es de gran interés para conocer realmente hasta qué punto un compuesto puede alterar nuestro organismo a nivel celular, y los liposomas son la mejor herramienta para ese fin. Estas minúsculas burbujas de grasa, tras haber cumplido casi 60 años, siguen siendo un elemento muy valioso en muchos ámbitos de nuestra sociedad, y no dudo que su futuro sigue siendo prometedor, ampliando su abanico de posibilidades y aplicaciones.
Referencias bibliográficas
- https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120600
- https://doi.org/10.1021/acs.est.6b00772
- https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137358
- https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140096
Fecha de publicación: 13/12/2021