Hacia un aparato de Golgi artificial.

“¡Atención, pregunta!: ¿Para qué sirve el aparato de Golgi?” suena como una pregunta en un concurso de televisión para los muy preparados. La respuesta es “principalmente para darle los toques finales a las proteínas”. Muchas proteínas no podrían realizar adecuadamente su función a no ser que estén revestidas con la mezcla correcta de moléculas de azúcar, misión que realiza el aparato de Golgi [en la imagen]. En un reciente artículo aparecido en el Journal of the American Chemical Society un equipo del Instituto Politécnico Rensselaer (EE.UU.) dirigido por Robert Linhart, anuncia que han dado un paso de gigante en la fabricación de un aparato de Golgi artificial. Este logro puede ser de una enorme importancia en el tratamiento de distintas enfermedades, aparte de contribuir a la construcción de la primera célula artificial.

La necesidad de estas moléculas de azúcar es una de las razones por las que la fabricación de fármacos basados en proteínas no es tan sencilla como pudiera parecer. La biotecnología ha conseguido tomar los genes de un organismo (un humano, por ejemplo) y ponerlo en otro (una levadura) con objeto de conseguir grandes cantidades de una determinada proteína. Pero si el aparato de Golgi de la levadura aplica sus criterios de levadura a la hora de terminar la proteína en vez de aplicar criterios humanos, el resultado puede que no sea un fármaco eficaz. Algunas enfermedades, además, son el resultado de una glicosilación (que es como se llama el proceso de añadir azúcares a la proteína) incorrecta. Debido a la importancia que tiene comprender la glicosilación es por lo que es tan interesante este trabajo.

Aunque el aparato de Golgi artificial que el equipo de Linhart ha diseñado es mucho más grande que una célula, todavía es pequeño para los estándares de la ingeniería humana. Se ha construido en un chip de flujo de fluidos digital. La microfluídica, como ha dado en llamarse, es lo último en la tecnología para tener un “laboratorio en un chip”. La idea de analizar y sintetizar pequeñas cantidades de productos químicos no es nueva, pero se basaban en la incorporación de microtuberías (micropipetas) para mover los fluidos. Esto limitaba las aplicaciones posibles, ya que se necesitan diferentes combinaciones de tubos para mezclar los productos en el orden correcto para que puedan tener lugar las diferentes reacciones químicas.

La microfluídica digital elimina las tuberías. En vez de eso, las gotas del fluido se mueven aplicando cargas eléctricas a diferentes partes del chip. Estas cargas cambian las propiedades superficiales del chip, creando canales temporales que permiten que una gota se mueva de una parte del chip a otra. En el caso del aparato de Golgi artificial, esto significa que una molécula puede ser expuesta a la acción de una serie de enzimas, o de otras moléculas activas, en un orden determinado, una cada vez, y que ese orden lo pueda alterar el investigador a voluntad.

La cuestión es que, aunque se sabe qué enzimas son activas en un aparato de Golgi natural, los detalles de cómo modifican la proteína son poco conocidos. Si se pueden clarificar, sería posible imitar la acción de las enzimas a escala industrial y obtener así mejores fármacos.

La primera molécula que el equipo de Linhart pasó por el dispositivo fue el sulfato de heparán (también llamado heparán sulfato). Esta molécula es un precursor de la heparina, un importante anticoagulante que, a la presente, tiene que extraerse de la sangre por que no se puede sintetizar industrialmente. El sulfato de heparán no es una proteína, sino un glucosaminoglucano, es decir, una molécula parecida a un azúcar muy rica en azufre de las que participan en el proceso de glicosilación. Los investigadores unieron moléculas de sulfato de heparán a pequeñas partículas magnéticas (el ser magnéticas hace que sea más fácil extraerlas al final del proceso), y las hicieron pasar por el aparato de Golgi artificial que habían preparado para que imitase la ruta bioquímica que se piensa que convierte el sulfato de heparán en heparina.

Lo que salió se parecía mucho a la heparina. No sólo eso, también presentaba las propiedades anticoagulantes de la heparina, por lo que el aparato de Golgi parecía funcionar. Los próximos pasos son investigar como el proceso puede adaptarse a escalas mayores, y empezar a jugar con la ruta bioquímica para ver si se puede conseguir algo aún mejor que la heparina.

Referencias:

Martin, J., Gupta, M., Xu, Y., Akella, S., Liu, J., Dordick, J., & Linhardt, R. (2009). Toward an Artificial Golgi: Redesigning the Biological Activities of Heparan Sulfate on a Digital Microfluidic Chip Journal of the American Chemical Society, 131 (31), 11041-11048 DOI: 10.1021/ja903038d