Los sincrotones, el lugar donde se diseña la medicina del futuro

Unas 160 millones de personas en todo el mundo padecen de esquistosomiasis, una enfermedad parasitaria que causa decenas de miles de muertes al año. Quien la tiene sufre de dolor abdominal, tos, diarrea, fiebre y fatiga entre otros síntomas.

Desarrollar una vacuna es el objetivo de cientos de investigaciones, pero para ello hay que adentrarse a lo más profundo de la enfermedad, conocer sus entrañas, su estructura, sus moléculas, sus proteínas y hasta su composición atómica.

Superar este tipo de retos no es sencillo, por lo que cada vez más la ciencia necesita apelar a grandes herramientas para desentrañar los misterios de la medicina. Y un sincrotrón -un acelerador de partículas- es ideal.

El Centro Diamond Light Source, en Reino Unido, es un microscopio del tamaño del estadio Wembley de Londres que genera una luz tan intensa que, con técnicas de cristalografía y de rayos X, permite obtener una resolución 10.000 veces mayor que la de un microscopio de luz normal.

"Los virus, como sabes, son una especie de pequeñas 'nanomáquinas' que no puedes ver en un microscopio común", le explica a BBC Mundo Dave Stuart, director de ciencias vivas de Diamond y profesor de biología estructural de la Universidad de Oxford.

Los sincrotrones se han convertido en una herramienta indispensable para la ciencia moderna. Hay unos 60 en funcionamiento en todo el mundo, casi todos ellos en países desarrollados.

Sin embargo, hay tres cosas que hace al Centro Diamond diferente: cuenta con un laboratorio para cristalizar las proteínas que luego se analizarán con los rayos X, puede hacer estudios con rayos ultravioleta y es capaz de estudiar los agentes patógenos nivel 3, responsables de enfermedades como el sida, la hepatitis y algunos tipos de gripe.

Diez años antes

El brasileño Jose Brandao-Neto, a cargo de uno de los laboratorios de rayos X, es uno de los científicos que está tras bastidores de grandes descubrimientos. Sin su trabajo, los adelantos de la medicina podrían tardar décadas en vez de años.

Brandao-Neto se siente particularmente orgulloso de haber participado en un estudio sobre la esquistosomiasis.

"En un lapso de dos años pasamos de tener sólo dos estructuras (de las proteínas de la enfermedad) a diez, y material de otras cinco, con lo cual en un año más podríamos tener 15 estructuras de esquistosomiasis con las que se podrá entender mejor el organismo".

Sin un sincrotrón, lograr descifrar estas 15 estructuras llevaría unos seis o siete años.

Estas nanopartículas se ven a través de máquinas de rayos X, que para su funcionamiento hay que cristalizarlas. "La cristalografía macromolecular es una técnica que se usa actualmente en la biología molecular como un elemento para entender los organismos en general y las enfermedades en particular", le explica a BBC Mundo Brandao-Neto.

Es uno de los componentes clave en el proceso actual para descubrir fármacos y tratamientos que más adelante comercializarán las industrias farmacológicas y de biotecnología.

"Lo que hacemos aquí es ofrecer una primera etapa de fármacos que pueden introducirse en el mercado en unos diez años. Así que nosotros estamos diez o quince años antes de que salga una medicina nueva", afirma el brasileño.

Los sincrotrones trabajan con la aceleración de electrones a través de un gigante anillo imantado a casi la velocidad de la luz. A medida que las partículas dan vueltas en el círculo, pierden energía en forma de rayos X excepcionalmente intensos.

Esta luz se canaliza a través de "líneas de luz" que atraviesan el blanco que se le ponga al frente. En este caso, los cristales de proteínas que permiten visualizar los átomos de las enfermedades y su reacción a los medicamentos.

Proteínas especiales

Alrededor del 60% de los medicamentos están dirigidos a las proteínas de membrana. Estas se diferencian de las proteínas solubles que tenemos en el cuerpo porque están incrustadas en la membrana de la célula, donde -según expertos- los fármacos actúan mejor.

Pero para trabajar con las proteínas de membraba hay que separarlas. Y para ello se requiere de un trabajo de hormiga que puede tomar semanas, meses y hasta años.

"Necesitamos hacerlas solubles con la ayuda de detergentes muy caros", le explica a BBC Mundo Isabel de Moraes, coordinadora del Laboratorio de Proteína de Membrana de Diamond. "Y hay un proceso muy largo hasta obtener una forma purificada".

Como se trata de algo muy laborioso, muchos científicos no tienen la experiencia para hacerlo.

"Lo que tenemos aquí, en colaboración con el Imperial College de Londres, es un laboratorio que les permite a científicos de todo el mundo venir y aprender con nosotros a purificar una proteína de membrana y a cristalizarla si lo necesitan", aclara De Moraes.

"Nuestro principal objetivo aquí es resolver la estructura de proteínas de membranas. Esto ayudará a los científicos a desarrollar fármacos más específicos y con menos efectos secundarios", agrega.

Líquido y no sólido

Pero no todas las investigaciones se pueden hacer con rayos X y cristalografía. Aprovechando el mismo poder del sincrotrón, los rayos ultravioleta (UV) son de gran ayuda para la ciencia.

"Es útil para estudiar nanopartículas que se usan con frecuencia en nuestra ropa, en las cremas para el cuerpo y muchos productos cosméticos", le explica a BBC Mundo Rohanah Hussain, encargada de la línea de luz para rayos UV de Diamond.

"La idea ahora es saber si en realidad estos productos son seguros de usar. Así que buena parte del trabajo que nos llega es para saber cómo se comportan los materiales que tienen contacto con nuestra piel. ¿Está o no está cambiando algo? Y si está cambiando, ¿es bueno o es malo? Esto es algo que necesitamos saber".

En esta parte del centro se analizan estructuras líquidas. Mientras que en otras líneas de luz con rayos X se hace con materiales sólidos en forma de cristales.

"Aquí podemos trabajar con soluciones, lo que es un extra porque la mayoría de las muestras que llegan tienden a ser así", añade la experta.

Un ejemplo de los trabajos que le ha llegado a Hussain es la proteína de un gen mutante que está causando varias enfermedades en el riñón. "La idea era ver qué hacía esa proteína".

Se dieron cuenta de que en realidad esa proteína no cambiaba mucho, pero sí tenía efectos dramáticos en términos de trastornos médicos. "Un paciente puede tener un colapso cardiovascular, mientras que otro no", cuenta.

Si bien todos los científicos pueden aplicar para utilizar estas instalaciones en su investigación. Necesitan tener una agencia que respalde el trabajo.

También se priorizan los estudios que se aprueban. Todo depende de la relevancia de la enfermedad que se está investigando y el objetivo de la misma.

La construcción de un sincrotrón como el Centro Diamond puede costar más de US$750 millones. Una vez construido, mantener una instalación como esta cuesta otros US$70 millones al año.