Proteínas en el espacio: cómo son los estudios fuera de la Tierra contra distintas enfermedades

Los adelantos que hoy vive la medicina no son desarrollados enteramente en el planeta Tierra. Desde hace más de 20 años, hay un sitio único que sirve de prueba para el desarrollo de nuevos tratamientos médicos: la Estación Espacial Internacional.

Es que este laboratorio ubicado a 400 kilómetros de altura en órbita terrestre es un lugar único para experimentar en un entorno ingrávido. Así, el entorno único de la microgravedad ofrece mucho para el descubrimiento de nuevos fármacos y formas de administrarlos.

Uno de los experimentos más avanzados en el espacio tiene que ver con la manipulación y análisis de anticuerpos monoclonales para su mejor administración y eficacia en terapias contra distintas enfermedades graves como cáncer, osteoporosis y esclerosis múltiple, entre otras.

Y uno de los científicos que más ha avanzado en sus experimentos, tanto en este planeta como fuera del mismo es Paul Reichert, biólogo y científico Principal Asociado en el Departamento de Química Estructural de Merck Research Laboratories (MRL) en Estados Unidos. El experto ha estado realizando investigaciones farmacéuticas durante 35 años trabajando en MRL en el descubrimiento y desarrollo de terapias de moléculas pequeñas y macromoleculares.

Su experiencia se centra principalmente en la cristalización de proteínas y productos biológicos para mejorar las opciones de tratamiento del paciente en cuanto a eficacia, seguridad, adherencia y cumplimiento.

Reichert, que tiene más de 25 patentes de aplicaciones farmacéuticas de proteínas cristalinas y también es autor de más de 31 artículos sobre el desarrollo de terapias biológicas, habló con Infobae durante su participación del 19° del Seminario Latinoamericano de Periodismo en Ciencia y Salud 2022 organizado durante dos días por el laboratorio MSD en Buenos Aires.

Durante 15 años, en colaboración con la NASA y la Universidad de Alabama en Birmingham, el doctor Reichert ha desempeñado funciones científicas y de asesoramiento en el Marshall Space Flight Center. Ha sido investigador principal de once experimentos de microgravedad en vuelos del transbordador espacial como cargas útiles secundarias. Estos experimentos se diseñaron para explorar los efectos de la microgravedad en múltiples aplicaciones farmacéuticas que utilizan principalmente interferón alfa. Estas aplicaciones centradas en el paciente incluían la determinación de estructuras, la administración de fármacos y la purificación de proteínas terapéuticas con implicaciones para la economía y los resultados de la salud.

Actualmente, además de su trabajo en MRL, Reichert ha realizado experimentos para la cristalización de anticuerpos monoclonales terapéuticos en las misiones Space X-CRS-3, 6, 10 y 24 a la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés). Reichert fue uno de los primeros científicos de la industria farmacéutica en proponer el estudio de la cristalización de proteínas en condiciones de microgravedad, y su trabajo continúa en la actualidad. Más recientemente, su experimento de cristalización de anticuerpos monoclonales se lanzó a bordo de SpaceX-CRS-24 el 21 de diciembre de 2021 y se recuperó el 24 de enero de 2022.

“Nuestro objetivo con estos experimentos es identificar los procesos de cristalización de productos biológicos para mejorar y simplificar la administración de fármacos. Los procesos de cristalización se han utilizado ampliamente en la industria farmacéutica para la fabricación, el almacenamiento y la administración de productos terapéuticos de moléculas pequeñas y proteínas pequeñas. Usamos la experimentación con microgravedad como herramienta para la mejora de la cristalización de moléculas. ya que en este ambiente se elimina la sedimentación y demora la cristalización del proceso. Esto nos permite desarrollar mejores herramientas en la Tierra para productos farmacéuticos. Encontramos que estas partículas pequeñas son uniformes y más fáciles de aplicar, por ejemplo en inyecciones subcutáneas”, explicó Reichert a Infobae.

Y agregó: “Las condiciones experimentales en microgravedad son únicas porque sin la fuerza de gravedad de la Tierra, las soluciones tienen corrientes de convección reducidas, sedimentación reducida y movimiento molecular reducido, lo que lleva a cristales de orden superior con mayor pureza y suspensiones más uniformes. Los investigadores han podido aplicar este conocimiento “sobre el terreno” mediante la manipulación de variables clave para imitar las de la microgravedad, como el uso de mezcladores rotativos para reducir la sedimentación”.

Según el experto, la identificación de procesos de cristalización para productos biológicos y, en particular, anticuerpos monoclonales (mAb) ha sido prohibitiva debido a su tamaño y la complejidad de su estructura general. “Sigue habiendo un desafío y una oportunidad para ampliar el conocimiento de los procesos de cristalización conocidos para moléculas pequeñas e investigar el uso de la microgravedad como herramienta de investigación para identificar las variables clave para el crecimiento de cristales de mAb”, puntualizó.

Al realizar investigaciones en un entorno ingrávido, Reichert y otros científicos han estado identificando variables que influyen en el crecimiento de cristales de proteínas, que pueden mejorar la fabricación, la entrega y el almacenamiento de medicamentos utilizados en la lucha contra enfermedades como el cáncer, la osteoporosis y la esclerosis múltiple.

“La evidencia de una variedad de experimentos espaciales confirma que la gravedad, en algunos casos, tiene un efecto significativo en la cristalización de macromoléculas. En ausencia de gravedad, se elimina el transporte convectivo de soluto y predomina la difusión pura. Esto tiene como consecuencia la producción de regiones locales de sobresaturación reducida, mejorando así las condiciones para un crecimiento óptimo. Además, se minimiza la sedimentación de microcristales y grandes impurezas en las superficies de los cristales en crecimiento, así como el contacto directo entre cristales”, afirmó Reichert.

El Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional (ISS NL) ofrece una oportunidad única para realizar investigaciones biomédicas e investigar procesos farmacéuticos. Merck Research Laboratories, en colaboración con el Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio (CASIS), realizó experimentos de cristalización con la droga pembrolizumab en la misión de reabastecimiento de carga SpaceX 10 a la ISS (SpaceX-CRS-10).

“Al aprovechar los efectos de la microgravedad, como la sedimentación reducida, las corrientes de convección mínimas y las tasas de difusión molecular reducidas, identificamos las condiciones para producir suspensiones cristalinas de distribución uniforme del tamaño de partículas (30 micras) en experimentos terrestres de alto rendimiento versus control que produjeron una población bimodal de partículas de 100 micras. Las suspensiones cristalinas de vuelo también eran menos viscosas y sedimentaban más rápido que las suspensiones cristalinas comparables basadas en tierra. Estos resultados se pueden aplicar para producir suspensiones cristalinas en procesos terrestres que reducen la sedimentación y usan la temperatura para inducir y controlar procesos de mAb cristalinos”, agregó el científico.

Para Reichert, estos estudios están diseñados para desarrollar medios para mejorar la seguridad, la adherencia, el cumplimiento y la calidad de vida de los pacientes, así como una oportunidad para avanzar en la investigación biomédica de la microgravedad.

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