23/02/2017

Una nova metodologia permet veure, de manera ràpida, els fluxos del metabolisme a les cèl·lules 

Un grup d’investigadors de la URV, el CIBERDEM i l’IRB Barcelona ha desenvolupat una nova metodologia que explota la tècnica de la ressonància magnètica nuclear per estudiar el metabolisme. Es tracta d’una eina que permet controlar els fluxos metabòlics de manera que, en només deu minuts, es pot obtenir informació dinàmica d’un gran nombre de molècules. Això pot servir en aplicacions futures per entendre els motius que porten al desenvolupament de determinades malalties

En aquesta imatge gràfica se simula els fluxos del metabolisme a les cèl·lules, amb els nutrients marcats amb un isòtop estable que permeten estudiar els fluxos i les dinàmiques de transformació d’aquests nutrients.

Si durant uns dies fem fotografies a les parades de metro de Barcelona, podrem veure el nombre de persones que esperen, quines són les hores punta o podríem deduir per què unes estacions estan més plenes que d’altres. No sabrem, però, si ha passat alguna cosa entre parada i parada que ha fet que en un moment determinat s’acumuli més gent a les andanes, o què ha pogut provocar retards importants. Doncs això passa quan s’estudia el metabolisme d’una cèl·lula.

El metabolisme cel·lular és com una xarxa de metro en què les estructures químiques dels metabòlits passen d’una parada a una altra mitjançant transformacions bioquímiques. Fins ara, es podia determinar la quantitat de molts metabòlits en una cèl·lula, un teixit o organisme, però estudiar-ne els fluxos era tècnicament complicat i costós en el temps. Ara, però, un grup d’investigadors de la Universitat Rovira i Virgili, el Centre d’Investigació Biomèdica en Xarxa de Diabetis i Malalties Metabòliques Associades (CIBERDEM) i l’Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona han creat una nova eina que permet estudiar això.

Les tècniques de ressonància magnètica nuclear (RMN) utilitzades fins al moment cobrien molts pocs metabòlits, els investigadors podien passar moltes hores mesurant cada mostra i les dades eren complexes d’interpretar. La nova aproximació és molt ràpida —deu minuts per mostra— i s’obtenen molts més metabòlits i amb uns resultats molt més fàcils d’interpretar. És a dir, es pot saber de manera molt més ràpida i efectiva quin moviment fa el metabolisme.

La plataforma metabolòmica permet fer l’estudi sistemàtic del perfil metabolòmic d’un procés biològic.

Es tracta d’una metodologia basada en la RMN, que mesurant els àtoms d’hidrogen (protons) permet determinar indirectament la quantitat d’àtoms de carboni marcats en les estructures químiques dels metabòlits. El disseny de l’experiment consisteix en marcar un nutrient utilitzat per les cèl·lules per alimentar-se, com la glucosa o els aminoàcids, amb un isòtop estable. Els isòtops estables com el carboni 13 no són radioactius i no suposen cap perill per als organismes ni per a les persones que manipulen les mostres. Mitjançant la mesura del protó per RMN, que és molt més ràpida i sensible que la del carboni, es poden estudiar els fluxos i les dinàmiques de transformació d’aquests nutrients dintre de la cèl·lula. De moment l’eficàcia d’aquesta nova tècnica s’ha validat utilitzant cèl·lules de càncer humà, però és directament aplicable a qualsevol model biològic.

Entendre els motius que porten a determinades malalties

En la malaltia de la diabetis, per exemple —una síndrome de metabolisme alterat—  el fenomen s’inicia molt abans que augmentin els nivells de glucosa en sang, ja que el cos utilitza molts mecanismes i compensacions per mantenir estables els nivells d’aquest nutrient. Però quan es comencen a veure nivells de glucosa alts en sang és quan ja la malaltia està avançada.

Aquesta tècnica que ara s’ha publicat introdueix una nova manera d’estudiar els mecanismes que porten que determinats teixits de l’organisme (per exemple, cèl·lules del fetge o pàncrees) no puguin regular els nivells de glucosa o s’hi tornin insensibles. És a dir, l’estudi dels fluxos metabòlics ajuda a entendre millor els motius inicials i el mecanisme pel qual es desenvolupa una malaltia i, per tant, també permet diagnosticar-la.

Es tracta, en definitiva, d’una metodologia amb un gran potencial amb què clínics i biòlegs moleculars podran entendre millor determinades malalties. Aquesta nova tècnica, a més, deixa de banda l’ús de la radioactivitat en l’estudi del metabolisme, com s’havia fet històricament.

En aquest article, publicat a la revista científica Angewandte Chemie, es demostra el resultat d’aquest treball en cèl·lules de càncer, però els investigadors asseguren que es pot donar glucosa, aminoàcids o greixos marcats amb isòtops estables a altres cèl·lules o fins i tot animals. També el fet que no siguin radioactius facilita enormement poder-hi treballar, ja que no calen condicions especials de laboratori.

Per al treball els investigadors han utilitzat la RMN d’una manera diferent a com s’ha fet fins ara per estudiar el metabolisme. Maria Vinaixa, investigadora al Departament d’Enginyeria Electrònica de la URV i en l’actualitat investigadora de la Universitat de Manchester, i Òscar Yanes, investigador del mateix departament de la URV i coordinador de la Plataforma de Metabolòmica del Centre d’Investigació Biomèdica en Xarxa de Diabetis i Malalties Metabòliques Associades (CIBERDEM), expliquen que amb aquesta metodologia “explotem al màxim la ressonància magnètica nuclear pel que fa a sensibilitat i de cobertura del metabolisme”, i consideren que “és difícil portar-ho més enllà”. Ara, la limitació és la mateixa ressonància.

Referència bibliogràfica: Vinaixa, M., Rodríguez, M. A., Aivio, S., Capellades, J., Gómez, J., Canyellas, N., Stracker, T. H. and Yanes, O. (2017), “Positional Enrichment by Proton Analysis (PEPA): A One-Dimensional 1H-NMR Approach for 13C Stable Isotope Tracer Studies in Metabolomics”. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201611347.


Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.

*