Laboratorio de Canalopatías

Las canalopatías son enfermedades producidas por el funcionamiento anómalo de proteínas presentes en membranas celulares, denominadas canales iónicos.

Las canalopatías son condiciones patológicas o enfermedades producidas por el funcionamiento anómalo de proteínas denominadas canales iónicos, que se encargan de regular el paso de iones (átomos con carga eléctrica) a través de la membrana celular. Ejemplo de ellas son las canalopatías cardiacas –responsables de buena parte de las arritmias y muertes súbitas– o la fibrosis quística, que provoca trastornos severos en las vías respiratorias.

El Instituto de Fisiología Celular de la UNAM es sede del Laboratorio Nacional de Canalopatías (LaNCa), único dedicado a ese tipo de estudios en México, y el primero de su tipo en Latinoamérica.

Además, este espacio destaca de otros en el mundo por ser el único que, gracias a la colaboración con los institutos de Biotecnología (IBt), de Ciencias del Mar y Limnología y de Química de la propia Universidad, tiene a su disposición un rico acervo de material biológico, toxinas aisladas de venenos de alacrán, serpientes y arañas, así como de organismos marinos, para probar los efectos de esas sustancias sobre los canales iónicos normales y alterados.

Los investigadores responsables del LaNCa, Arturo Picones Medina y Arturo Hernández Cruz, destacaron que no sólo se pretende entender la ciencia básica de los canales iónicos, sino plantear soluciones para algunos de los problemas que causan cuando están alterados.

Actualmente se trabaja en diversos proyectos. Entre los más importantes está el desarrollo de un anticonceptivo masculino (a partir del cual el Laboratorio inició actividades en 2013, con apoyo de la Secretaría de Ciencia y Tecnología de la Ciudad de México y el Conacyt; dos años después adquirió su carácter de Nacional) basado en la búsqueda de compuestos y toxinas que afecten canales iónicos específicos del espermatozoide humano; otro es el análisis de la función y repercusión de canales iónicos alterados involucrados en el desarrollo de algunos tipos de cáncer.

Como parte del primer proyecto, investigadores del IBt han aislado 950 fracciones distintas de toxinas provenientes de venenos de arañas, alacranes y serpientes. De esas, en el LaNCa se han probado 350: tres de ellas tienen efectos sobre un canal de calcio del espermatozoide.

“Eso no significa que ya tenemos algo utilizable como anticonceptivo, es apenas el inicio: la identificación de las toxinas que son específicas para esos canales”, aclaró Arturo Picones.

Relacionado con el tema del cáncer, se cuenta con una toxina marina proveniente de un caracol, que actúa con potencia y especificidad sobre un canal iónico implicado con la enfermedad. Los resultados son aún a nivel básico.

“En la industria farmacéutica de Estados Unidos se calcula que se necesitan entre 10 y 12 años, y entre 0.8 a 1.2 billones de dólares, en promedio, para generar un nuevo medicamento. Esperamos modificar eso y encontrar toxinas que tengan una acción específica sobre los canales iónicos que nos interesan, a un costo mucho menor”, precisó.

El Instituto de Fisiología de la Universidad de Puebla, el de Investigaciones Biomédicas de la Universidad de Colima, y el Cinvestav-IPN unidad Monterrey, también son instancias asociadas a este Laboratorio Nacional.

Los canales iónicos, explicó Arturo Hernández, son proteínas que se expresan en la membrana celular y que funcionan como “vías” por las que fluyen iones, átomos cargados de sodio, potasio, calcio o cloro.

Su movimiento ocurre de forma regulada por las propias células, y produce cambios eléctricos, como los impulsos que viajan por los nervios, los que activan al corazón, los que hacen que los músculos se contraigan o que las células endocrinas secreten hormonas.

Esas señales eléctricas son mediadas por canales iónicos, y es tal su importancia, que cuando se trastornan las consecuencias pueden ser desastrosas: arritmias cardiacas, parálisis, epilepsia, falta de contracción muscular o desregulación de la secreción de hormonas. Por eso, “contribuimos al entendimiento de los ‘normales’ y de los alterados, para conocer qué consecuencias tienen y entender por qué su descontrol conlleva a enfermedades”, añadió.

Comprender por qué y cómo ciertos canales alterados son carcinogénicos es importante; si se logra frenar la alteración o corregirla farmacológicamente, “podríamos hacer aportaciones a la terapia de este padecimiento”, expuso Hernández.

Esas proteínas pueden fallar cuando nacen “descompuestas” por alguna mutación en el código genético; es decir, el canal se “fabrica” con un error y eso lleva a un problema: no funciona en absoluto o lo hace incorrectamente.

Asimismo, pueden sufrir “averías” por efecto de alguna sustancia o fármaco, como cuando estamos en contacto con el veneno de un animal (desde una abeja hasta una víbora o medusa), que provoca que los canales iónicos se cierren o funcionen de más, advirtió el científico.

En el LaNCa las investigaciones se realizan a escala molecular, celular y tisular. En el primer caso “hacemos estudios de electrofisiología, es decir, vemos cómo son los flujos de iones o la actividad eléctrica, como si le hiciéramos un electrocardiograma a la célula”, ejemplificó.

Para ello, señaló Picones, se emplean técnicas como la llamada Patch-clamp de canales unitarios, donde se puede observar un solo canal iónico abriéndose y cerrándose (conduciendo o no corriente) para estudiar sus características biofisicas, su cinética, con qué se estimula y cómo funciona cuándo es normal y cuándo está alterado, y de ahí deducir algunos aspectos de las alteraciones funcionales que manifiesta una canalopatía.

A nivel celular se analizan conjuntos de células funcionando mediante el uso de sensores fluorescentes, que al emitir luz registran los movimientos de iones, y a escala tisular se trabaja con “rebanadas” de tejido vivo para saber los efectos de los canales alterados y de las sustancias que se prueban para impedir, prevenir o curar algunas de esas alteraciones, o compensarlas de alguna manera.

Las posibilidades de estudio son muchas, acotó Picones. “Tenemos la infraestructura, equipo y personal capacitado, y muchas ideas y proyectos propios y de nuestros socios”.

Esta característica también hace único al LaNCa, resaltó: es la primera vez que se tienen sistemas automatizados (robóticos) e instrumentación capaz de hacer registros en forma paralela, hasta 16 experimentos a la vez; o un lector de placas que puede hacer 96 o incluso 384 registros al mismo tiempo, tecnología que se generó para la industria biotecnológica y farmacéutica en EU y Europa, y que “hace apenas cuatro años implementamos en México”.

En junio próximo, el LaNCa estrenará nuevas instalaciones en el IFC. Se espera que esto permita brindar servicio a más usuarios que lo requieran, a la vez que se podrán formar más recursos humanos en los niveles de licenciatura, maestría y doctorado, concluyeron los científicos.