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La estructura atómica de la cocaína desvela cómo actúa en el cerebro

La estructura atómica de la cocaína desvela cómo actúa en el cerebro

La molécula de cocaína viaja por la sangre con la ayuda de unidades hidrofílicas, pero cuando llega al cerebro pliega sus anclajes con el agua y se hace hidrofóbica, lo que facilita su entrada por la selectiva barrera hematoencefálica. Así lo han comprabado investigadores de las universidades de Oxford y Politécnica de Cataluña tras analizar la estructura atómica de esta molécula. El estudio abre la puerta al diseño de fármacos más eficaces para tratar enfermedades cerebrales.

De izquierda a derecha: los investigador

De izquierda a derecha: los investigador

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El investigador Luis Carlos Pardo de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), junto a colegas de la universidad de Oxford y otros centros británicos y alemanes, ha desvelado el mecanismo por el cual la cocaína es capaz de atravesar la membrana protectora del cerebro.

Lo han conseguido a través de una técnica llamada difracción de neutrones, con la que han obtenido la estructura atómica de la molécula de cocaína cuando está en disolución. De esta forma han descubierto porqué la cocaína atraviesa de forma directa y efectiva la membrana hematoencefálica que protege el cerebro de sustancias tóxicas, mientras que otras moléculas no pueden.

El estudio, que publica la revista Physical Chemistry Chemical Physics, revela cómo la molécula de cocaina es capaz de adaptarse tanto a entornos hidrofílicos (afines al agua) como hidrofóbicos (repelen el agua), simplemente cambiando sus propiedades según el contexto en el que se encuentra.

Los resultados revelan que la cocaína es capaz de recorrer la corriente sanguínea gracias a sus propiedades hidrofílicas. La molécula se disuelve en agua porque puede anclar a su alrededor moléculas de agua, formando lo que se denominan puentes de hidrógeno.

Pero por otra parte, el trabajo también ha dado respuesta a la incógnita de como esta molécula es capaz de adaptarse a ambientes hidrofóbicos como los que componen la barrera de protección del cerebro, en los cuales una molécula hidrofílica no debería ser capaz de actuar. En este ambiente, la molécula utiliza las propiedades hidrofóbicas para engancharse a la grasa de la membrana del cerebro ‘escondiendo’ las unidades hidrofílicas que, a priori, no la permitirían ‘acceder’ a este tipo de entornos.

Es decir, cuando se encuentra en un ambiente hostil a las moléculas de agua, pliega sus anclajes químicos con el agua de forma que se hace pasar por una molécula hidrofóbica. Lo que los investigadores han descubierto exactemente es que para enganchar entre sí estos anclajes químicos la cocaína utiliza precisamente una molécula de agua.

El programa informático Angula

Para obtener esta conclusión, Carlos Pardo, del Grupo de Caracterización de Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la UPC, ha diseñado el programa informático Angula, con el que ha analizado millones de datos generados a partir del experimento de difracción de neutrones. Las numerosas simulaciones analizadas con Angula han proporcionado la información sobre cómo están ordenadas las moléculas de cocaína mezcladas con agua.

Los experimentos de difracción de neutrones se han llevado a cabo con la fuente de neutrones ISIS por parte de los investigadores de la Universidad de Oxford, encabezados por Sylvia Mclain. Los investigadores han utilizado técnicas numéricas que permiten analizar con el ordenador las moléculas utilizadas. Si la estructura generada en el ordenador es capaz de describir los resultados experimentales se considera correcta.

La investigación podrá ser útil para diseñar, en un futuro, medicamentos que traten enfermedades cerebrales, así como para proteger el cerebro y prevenir la entrada de sustancias tóxicas capaces de atravesar su membrana, como por ejemplo la cocaína.

fotoinvestigadores

De izquierda a derecha, los investigadores Luis Carlos Pardo de la UPC, y Andrew Johnston y Sylvia E. McLain de la Universidad de Oxford. / UPC/Ox

Referencia bibliográfica:

Andrew J. Johnston, Sebastian Busch, Luis Carlos Pardo, Samantha K. Callear, Philip C. Biggin, Sylvia E. McLain. "On the atomic structure of cocaine in solution". Phys. Chem. Chem. Phys.18, 991-999, 2016.

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