Los liposomas pueden imitar a nuestras células para ponerlas a prueba contra sustancias tóxicas

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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 radiactividad o la sacarina son descubrimientos fruto del azar, de descuidos o de 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 el biofísico Alex Bangham estudiaba el papel de las membranas biológicas, en particular los fosfolípidos, observó algo en el proceso de la coagulación de la sangre que le dejó fascinado.

Jugando con frotis (fina película de muestra) de lecitina de la yema 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 que constituyen la lecitina formaban en agua estructuras tipo bolsa. Simplemente debían agitar fosfolípidos en agua. Entonces los procesos de solvatación y 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).

Burbujas microscópicas compuestas por fosfolípidos

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 soluble en agua o hidrofílico (la cabeza), y un extremo al que no le gusta el agua, hidrofóbico (dos colas).

<span class="caption">Figura 1. Representación de un fosfolípido con la cabeza hidrofílica naranja y dos colas hidrofóbicas amarillas. El agua se representa como el conjunto de la esfera roja y las dos blancas. / Amoeba sisters.</span> <span class="attribution"><a class="link rapid-noclick-resp" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" rel="nofollow noopener" target="_blank" data-ylk="slk:CC BY">CC BY</a></span>
Figura 1. Representación de un fosfolípido con la cabeza hidrofílica naranja y dos colas hidrofóbicas amarillas. El agua se representa como el conjunto de la esfera roja y las dos blancas. / Amoeba sisters. CC BY

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 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.

<span class="caption">Figura 2. Liposoma y disposición de los fosfolípidos en forma de bicapa formando la membrana. / Oregon State University.</span> <span class="attribution"><a class="link rapid-noclick-resp" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" rel="nofollow noopener" target="_blank" data-ylk="slk:CC BY">CC BY</a></span>
Figura 2. Liposoma y disposición de los fosfolípidos en forma de bicapa formando la membrana. / Oregon State University. CC BY

Los liposomas como modelo artificial de células

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 en su composición 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 lípidos 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.

Vigilantes de los compuestos que entran en las células

Para que un compuesto realice su función (beneficiosa o tóxica) en nuestro organismo, antes debe cruzar la membrana celular. Así, con el fin de que esa sustancia se absorba, tienen lugar determinadas 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 a 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 células.

Y 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 celulares, animales y también con experimentos de resonancia magnética nuclear y simulaciones computacionales teóricas de membrana, obteniendo observaciones similares. Así se refuerza la idea del uso del liposoma como modelo biomimético de membrana para conocer el riesgo potencial de un contaminante de una forma fácil, rápida y económica.

¿Qué cantidad de un compuesto es perjudicial para las células? Los liposomas responden

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. Lo pueden hacer simulando la permeación a través de la piel o a través de 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 implica 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.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

Miguel Oliver Rodríguez recibió financiación del Govern de las Illes Balears mediante la beca predoctoral CAIB FPI/1681/2014

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