Por qué los científicos están buscando nuevas drogas en el océano
A medida que los investigadores médicos continúan sus esfuerzos para mejorar la salud humana, algunos dirigen su atención al océano porque creen que los mares de la Tierra podrían albergar una química novedosa para combatir enfermedades.
Los océanos cubren más de dos tercios de la Tierra. Como dice el refrán, sabemos más sobre la superficie de la luna que sobre el fondo del océano.
La capacidad del mar para pasar de una furia oscura y explosiva a una calma serena y cristalina ha aterrorizado y seducido a la humanidad desde que visitamos la playa por primera vez.
Dada la naturaleza vasta y sin explotar de los océanos de la Tierra, tiene sentido sondear sus profundidades en la búsqueda de tratamientos nuevos e innovadores.
Los animales, plantas y microbios marinos han desarrollado una cartera única de productos químicos para defenderse y ayudar a la comunicación. Los científicos están ansiosos por saber más sobre estos nuevos compuestos.
¿Por qué mirar al mar?
Hay varias razones por las que la vida en el mar ha desarrollado una selección distinta de moléculas. Por ejemplo, los animales que están anclados al suelo y no tienen blindaje, como esponjas y corales, necesitan encontrar otras formas de defenderse. En muchos casos, los productos químicos son su arma preferida.
Además, las criaturas marinas tienden a tener sistemas inmunológicos relativamente primitivos y algunas viven en hábitats superpoblados, como los arrecifes de coral, donde defenderse es un trabajo de tiempo completo.
Al mismo tiempo, los organismos del océano necesitan atraer a algunos y repeler a otros. También necesitan coordinar la reproducción sincronizando la liberación de óvulos y espermatozoides en el medio ambiente. Todas estas cosas requieren moléculas biológicas activas.
Los animales y las plantas que habitan en el océano se sientan y nadan en un baño de bacterias, hongos y otros organismos con la intención de convertirlos en una comida o un hogar.
Esta diversidad de amenazas ha obligado a la evolución a montar batallas químicas cada vez más complejas. Algunos de los compuestos resultantes podrían ser útiles para nuestra propia guerra contra las enfermedades.
“Considere […] el canibalismo universal del mar; todas cuyas criaturas se aprovechan unas de otras, llevando una guerra eterna desde el comienzo del mundo ".
Herman Melville, Moby Dick
Mares antiguos
La fascinación de los investigadores médicos por el mar no es nada nuevo. La primera evidencia de que los humanos usan medicinas del océano proviene de China en 2953 a. C. Durante el reinado del emperador Fu Hsi, hubo un impuesto sobre las ganancias que provenían de la medicina derivada del pescado.
Avanzando unos miles de años hasta la década de 1950, un químico orgánico llamado Werner Bergmann aisló varios nucleósidos de una especie de esponja caribeña llamada Cryptotethya crypta.
Estos químicos inspiraron la creación de una nueva generación de medicamentos, y los científicos derivaron dos medicamentos llamados Ara-A y Ara-C a partir de estos nucleósidos. Los médicos usan Ara-A para tratar las infecciones por herpes y Ara-C para tratar la leucemia mieloide aguda y el linfoma no Hodgkin.
En los últimos años, la obtención de medicamentos en el océano ha experimentado un resurgimiento del interés. A continuación, proporcionamos algunos ejemplos recientes.
Toxinas de los caracoles marinos
Conus magus es un caracol de mar venenoso cuyo diminuto tamaño y concha decorativa desmienten su mortífero conjunto de neurotoxinas.
La marca de armamento químico de este invertebrado son las conotoxinas, una familia muy variable de venenos que, aunque el caracol los usa para matar peces, son más que capaces de matar a un humano.
Hay cientos de otras especies de caracol cono, incluido el cono de geografía. La gente a veces se refiere a este molusco como el caracol del cigarrillo porque, después del envenenamiento, solo tiene tiempo suficiente para fumar un cigarrillo antes de morir.
La ziconotida es una versión sintética de la conotoxina que actúa como analgésico y es 1.000 veces más potente que la morfina. Las personas pueden tomarlo para tratar el dolor crónico que resulta de afecciones como el cáncer, el VIH en etapa 3 y ciertos trastornos neurológicos.
Es importante destacar que, como escribe un autor, "la administración prolongada de ziconotida no conduce al desarrollo de adicción o tolerancia".
Sin embargo, debido a que la ziconotida solo funciona si los profesionales de la salud la administran directamente en el líquido cefalorraquídeo (por vía intratecal), solo la usan cuando otras terapias han fallado o no son viables.
Tratamientos contra el cáncer debajo de las olas
A pesar de años de investigación, el cáncer sigue siendo un hueso duro de roer. Aunque el tratamiento ha mejorado enormemente, los científicos están ansiosos por tener en sus manos nuevos químicos bioactivos que podrían ayudar en la lucha. Algunos investigadores del cáncer están sumergiendo los dedos de los pies en el océano.
Más recientemente, un grupo de investigadores investigó moléculas que habían extraído de lampreas, un pez parásito sin mandíbulas con un pedigrí antiguo. En particular, estaban interesados en los denominados receptores de linfocitos variables (VLR).
Los VLR se dirigen a la matriz extracelular (MEC), que es una red de moléculas que corre entre las células. El ECM desempeña funciones variadas en el cuerpo. Por ejemplo, proporciona soporte estructural para los tejidos, ayuda a que las células y los tejidos se unan y ayuda en la comunicación de célula a célula.
Dado que los VLR se dirigen al ECM, los investigadores creen que podrían servir como mulas de drogas que pueden transportar sustancias químicas a través de la barrera hematoencefálica normalmente impenetrable y directamente al cerebro.
Teorizan que si los VLR pueden eludir la barrera hematoencefálica, un obstáculo para la mayoría de los medicamentos, es posible que puedan tratar ciertas afecciones, incluidos el cáncer de cerebro y los accidentes cerebrovasculares, de manera más efectiva. Su trabajo preliminar en un modelo de ratón produjo resultados alentadores.
La maravilla de las esponjas
Las esponjas son de especial interés para los investigadores de medicamentos contra el cáncer. De hecho, los autores de una revisión sobre el tema incluso se refieren a ellos como un "tesoro de drogas". Escriben:
“Cada año, se han aislado alrededor de 5.300 productos naturales diferentes y nuevos compuestos de esponjas marinas. […] Estos compuestos demostraron tener actividad antibacteriana, antiviral, antifúngica, antipalúdica, antitumoral, inmunosupresora y cardiovascular ”.
La esponja Halichondria okadai es responsable de producir una sustancia química notable, que los investigadores han replicado y rebautizado como eribulina.
En un estudio de 2010 que involucró a mujeres con cáncer de mama que habían hecho metástasis, el compuesto extendió la vida útil de las participantes. En ese momento, el autor, el profesor Christopher Twelves, señaló que, con suerte, "[t] estos resultados pueden establecer la eribulina como un tratamiento nuevo y eficaz para las mujeres con cáncer de mama metastásico en etapa tardía".
Bacterias marinas
Otros científicos han examinado un compuesto llamado seriniquinona de Serinicoccus, un género raro de bacterias marinas. Los científicos han demostrado que esta sustancia química puede destruir selectivamente las células cancerosas del melanoma en el laboratorio.
Aunque la seriniquinona está muy lejos de estar lista para su uso en humanos, un estudio de febrero de 2019 nos acerca un paso más. Los científicos identificaron las secciones de la molécula que proporcionan sus poderes para combatir el cáncer.
Aunque será necesaria mucha más ingeniería química y ensayos clínicos extensos, los autores creen que "[o] verall, estos estudios sugieren que es factible diseñar derivados de seriniquinona específicos para melanoma con propiedades similares a las de los fármacos".
Un fármaco que ya ha pasado por el desafío de los ensayos clínicos y se ha vuelto de uso común es la trabectedina, conocida por la marca Yondelis. Los fabricantes obtienen este fármaco de un extracto de Ecteinascidia, comúnmente llamado ascidia, que es un invertebrado marino con forma de saco.
Los investigadores identificaron por primera vez las propiedades anticancerígenas del extracto de ascidia a finales de la década de 1960 y, tras una extensa investigación, los investigadores ahora han encontrado una forma de sintetizarlo y producirlo en mayores cantidades.
Yondelis fue el producto de este trabajo y ahora tiene la aprobación para tratar el sarcoma de tejido blando en Rusia, Europa y Corea del Sur. Los científicos también lo están probando para su uso contra otros cánceres, incluidos el de próstata y el de mama.
Resistencia antibiótica
La amenaza de la resistencia a los antibióticos rara vez pasa por alto en las mentes de los investigadores médicos. Un número creciente de patógenos se está volviendo impermeable a los antibióticos modernos. Esta falta de susceptibilidad los hace mucho más difíciles de tratar y, por lo tanto, significativamente más peligrosos.
Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC), la resistencia a los antibióticos es "uno de los mayores desafíos de salud pública de nuestro tiempo".
La búsqueda está en marcha de nuevos compuestos que puedan llenar los crecientes vacíos que han dejado los antibióticos ineficaces.
Algunas personas en esta misión se han volcado hacia el mar, y un grupo se ha centrado en la baba de pescado, la capa pegajosa que cubre algunas especies.
Este limo trabaja duro para destruir los patógenos en el medio marino, por lo que algunos científicos se preguntan si también podría ayudar a combatir los patógenos terrestres.
Investigadores de la Universidad Estatal de California en Fullerton y la Universidad Estatal de Oregon en Corvallis lograron aislar 47 cepas distintas de bacterias del moco. Cultivaron estas bacterias y las redujeron a un extracto químico.
A continuación, probaron este extracto contra otros patógenos y encontraron que cinco de las cepas bacterianas eran altamente efectivas contra la meticilina resistente. Staphylococcus aureus (MRSA), mientras que tres fueron efectivos contra Candida albicans.
Presentaron sus hallazgos preliminares en la Reunión y Exposición Nacional de Primavera de 2019 de la American Chemical Society.
Otro estudio, que apareció en Fronteras en microbiología, examinado Laminaria ochroleuca, una especie de alga que resulta ser una rica fuente de Actinobacteria.
Las actinobacterias son particularmente interesantes para los investigadores médicos. Como explican los autores del estudio, "las bioactividades informadas de [productos naturales] actinobacterianos incluyen actividades antibacterianas, antifúngicas, antitumorales, anticancerígenas, antiinflamatorias, antivirales, citotóxicas e inmunosupresoras".
Algunos de los extractos de actinobacterias fueron eficaces contra C. albicans y S. aureus. Curiosamente, según la autora principal, la Dra. Maria de Fátima Carvalho, "siete de los extractos inhibieron el crecimiento de los cánceres de mama y, en particular, de las células nerviosas, sin tener ningún efecto sobre las células no cancerosas".
Resistencia a los antifúngicos
Junto al problema de la resistencia a los antibióticos está el problema paralelo de la resistencia a los antifúngicos: los medicamentos que matan a los hongos también están perdiendo los dientes. Algunos esperan que las esponjas marinas puedan ayudar.
Por ejemplo, la investigación mostró que los extractos químicos del Jaspis especies de esponja fueron eficaces contra C. albicans en un modelo de ratón.
De manera similar, un estudio encontró que los euristerol A y B, dos sustancias químicas de una esponja del género Eurispongia, “Exhibió actividad antifúngica contra cepas de tipo salvaje y resistentes a la anfotericina B de [C. albicans]. " También mataron células de carcinoma de colon humano en el laboratorio.
Los científicos descubren alrededor de 1.000 nuevos compuestos en los océanos cada año. Como explica un autor, "a menudo se caracterizan por la novedad estructural, la complejidad y la diversidad".
Sin embargo, todavía hay muy pocos compuestos de origen marino que intervengan en el tratamiento de enfermedades. ¿Por qué no utilizamos más de estos nuevos productos químicos?
La brecha entre la química y la clínica
En primer lugar, como ocurre con cualquier fármaco experimental, existe un gran salto entre una placa de cultivo en un laboratorio y un paciente. En un ser vivo, las drogas no siempre responden de la forma que esperan los científicos.
En segundo lugar, muchos medicamentos tienen efectos secundarios tóxicos que los hacen inutilizables. Ninguno de estos problemas es un callejón sin salida, ya que los farmacólogos y químicos pueden modificar moléculas o diseñar productos químicos similares, pero todo esto requiere mucho tiempo.
Otro problema considerable es la generación de cantidades suficientes de productos químicos de origen marino. Muchas de las especies no pueden sobrevivir al cautiverio o requieren entornos muy específicos y difíciles de mantener. Nuevamente, esto significa que los científicos deben encontrar formas de replicar las moléculas de interés, lo cual es un camino largo y complicado.
Hablando sobre estos temas, los autores de una revisión escriben que "el poder de la síntesis orgánica y la química medicinal tendrá que hacerse notar". Estos son aros técnicos y costosos para saltar.
En conclusión, aunque parece haber muchas promesas en los mares del planeta, muchas de las posibles vías son largas y sinuosas, y no habrá ganancias rápidas.
A medida que los humanos ejercen una presión cada vez mayor sobre los ecosistemas marinos, las preocupaciones sobre la salud de nuestros océanos están alcanzando un punto álgido. Es muy posible que las drogas potenciales del futuro estén desapareciendo antes de que los científicos tengan la oportunidad de cosecharlas.
