Nuevas sondas moleculares fluorescentes que funcionan como sensores ópticos de ph con usos biomédicos

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1 Nuevas sndas mleculares flurescentes que funcinan cm sensres óptics de ph cn uss bimédics Oficina de Cperación en Investigación y Desarrll Tecnlógic - OCIT Avenida Vicent Ss Baynat Castellón Tel: Fax: wwwujies/cit/ cit@sgujies 1

2 TÍTULO Nuevas sndas mleculares flurescentes que funcinan cm sensres óptics de ph cn uss bimédics RESUMEN La Universidad Jaume I de Castellón (España) y la Universidad East Anglia (Rein Unid) han desarrllad una familia de sndas mleculares flurescentes derivadas de aminácids que funcinan cm sensres óptics de ph La facilidad cn la que se pueden variar ls elements que cnstituyen la familia de mléculas desarrlladas permiten ajustar el rang de ph que se desea medir Dich rang abarca desde 35 hasta 65 Las sndas mleculares desarrlladas tienen evidentes uss bimédics cm sensres óptics de ph intracelular Además, investigacines preliminares sugieren su utilidad cm métd de diagnóstic de cáncer, dad que el sensr es capaz de señalar la presencia de células cancersas al presentar éstas un diferente grad de acidez que las células sanas Ls investigadres buscan psibles scis para establecer una jint venture empresas tecnlógicas interesadas en licenciar la patente DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA La presente ferta tecnlógica se refiere a la síntesis y prpiedades flurescentes de una familia de mléculas que tienen cm elements cmunes: 1) estar cnstruidas cn al mens tres elements: un más aminácids, un más grups flurescentes y un más elements espaciadres cnectres; 2) tdas pseen emisión de flurescencia dependiente de la cncentración de prtnes (ph) presente en el medi acus circundante La aprpiada elección de ls elements cnstituyentes arriba indicads permite utilizar dicha familia de mléculas cm sensres flurescentes de ph En la actualidad existe un gran interés pr el desarrll de sensres químics que permitan cncer la cncentración de especies en dislución De especial relevancia sn ls sensres que tienen cm respuesta una señal flurescente, dada la gran sensibilidad que psee la espectrscpía de flurescencia Pr tr lad, de entre las especies de interés analític el ión hidrógen prtón (H + ) es, cn diferencia, al que mayr atención se ha prestad dad que de su cncentración (expresada en términs de ph) dependen multitud de reaccines químicas tant en el labratri cm en ls seres vivs Pr td ell el desarrll de sensres flurescentes de ph (en adelante SFpH) ha tenid un gran impuls en ls últims añs y cntinúa siend un imprtante camp de investigación, especialmente en l referente al ámbit de las ciencias de la salud Sin embarg, la utilización práctica de muchas de las mléculas anterires dista much de ser ideal Así, y ciñéndse al ámbit de estudi bimédic, prblemas inherentes a diverss cmpuests estudiads sn: baja slubilidad en medi acus, baja intensidad de flurescencia, agregación intermlecular, inestabilidad en medis bilógics, falta de lcalización específica en ls rgánuls celulares de interés, y trs Dichs prblemas n sn sól exclusivs de ls cmpuests descrits en la literatura especializada cm ptenciales SFpH, sin también de alguns actualmente en venta Desde el punt de vista puramente químic, la principal dificultad reside en el ajuste del rang de ph en el que el sensr es útil, l cual depende de las unidades cnstituyentes del mism En este sentid, la familia de sensres prpuesta psee cm nvedad fundamental al estar cnstruida en base a alfa-aminácids unids a grups flurescentes, más diverss elements adicinales, hech este de pr sí nveds Debid a la mdularidad de ls cmpuests, seleccinand adecuadamente aminácid y grup flurescente es psible sintetizar fácilmente un miembr de dicha familia de tal frma que psea un rang de ph útil determinad, siend su utilidad fundamental, de mment, la medición del ph mediante la flurescencia del medi circundante La tecnlgía que se ha desarrllad cnsiste en una familia de mléculas nuevas capaces de actuar cm SFpH La principal nvedad de la familia presentada reside en la aplicación de 2

3 ls elements de transferencia electrónica ftinducida (en adelante PET) a una familia de cmpuests rgánics derivads de alfa-aminácids (en adelante peptidmimétics) Cm elements cmunes en la estructura mlecular de dichs peptidmimétics se tienen: a) un element flurescente flurófr cn absrción pr encima de 340 nm de lngitud de nda; b) un alfa-aminácid derivad de alfa-aminácid; y c) un element cnectr mduladr de las prpiedades flurescentes y ácid-base de la mlécula En el esquema 1 se ha dibujad la cnfiguración general I, dnde FL es el mencinad flurófr cn absrción pr encima de lngitud de nda de 340nm, Y puede ser xígen nitrógen, R 1 es la cadena lateral del alfa-aminácid cnstituyente (natural n natural) y R 2, R 3, R 4 sn sustituyentes presentes en N y en Y, capaces de mdular las prpiedades emisivas Cm element imprescindible para el funcinamient cm SFpH se requiere que en el peptidmimétic I exista el grup amina desacplad electrónicamente del FL mediante un grup metilen (si bien trs pueden ser útiles) de tal manera que estand dich grup amina cm tal, haya un prces PET entre FL y el grup amina tal que rigine una desaparición de la flurescencia Así, la prtnación del grup amina dará lugar a aparición de flurescencia tal y cm se explica en la bibligrafía crrespndiente De la medida de dicha flurescencia y de la crrelación cn un calibrad previ es psible cncer el ph del medi El rang de ph al cual sn sensibles ls cmpuests de la familia prpuesta va desde 35 a 65, encntrándse ls valres determinads pr medida de flurescencia cn un errr experimental inferir al 5% R 1 O R 2 N Y R 3 R 4 "FL" CH 2 I Esquema 1 PRINCIPALES VENTAJAS La familia de mléculas diseñadas permite determinar el ph del medi ópticamente (mediante flurescencia), l que implica mayr sensibilidad que ls métds ptencimétrics Debid a la mdularidad de ls cmpuests, seleccinand adecuadamente aminácid y grup flurescente es psible sintetizar fácilmente un miembr de dicha familia de tal frma que psea un rang de ph útil determinad a demanda Dad el carácter peptidmimétic de ls cmpuests, ests sn altamente cmpatibles cn las muestras bilógicas El rang de sensibilidad del sensr diseñad abarca desde el grad 65 de ph hasta el 35, l que supne medi punt más de acidez de l que eran capaces de medir ls sensres anterirmente descrits ASPECTOS INNOVADORES Las mléculas descritas tienen cm principal nvedad el estar cnstruida en base a alfaaminácids unids a grups flurescentes Esta característica cnfiere a las nuevas mléculas ds características innvadras: 1) la psibilidad de mdular el rang de ph en el que va a ser útil a través de una mdificación en su estructura, y 2) la psibilidad de utilizar el sensr directamente en muestras bilógicas dada la cmpatibilidad del cmpuest cn ls tejids vivs 3

4 ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA La fase de labratri para la síntesis y caracterización de estas mléculas está cncluida Actualmente se buscan scis a ls que transferir las mléculas cn ls que investigar y desarrllar cnjuntamente aplicacines Dada la simplicidad de la síntesis de ls prducts, y sbre td, la mínima cantidad necesaria de ls misms para su aplicación, la prducción pdría realizarse en muy crt plaz pr cualquier empresa ya establecida en el camp de ls sensres químics PROPIEDAD INTELECTUAL Se ha slicitad una patentes nacinal inglesa junt cn la Universidad de East Anglia (Rein Unid) y se está en fase de análisis de su psible extensión a trs países APLICACIONES Las aplicacines de la mlécula se centran en el camp de las ciencias de la vida Su utilidad fundamental es la de sensr flurescente de ph intracelular Las mléculas se han ensayad en su aplicación tant in vitr cm in viv, tal cm ha sid demstrad en el siguiente artícul: Francisc Galind Hnrubia, María Isabel Burguete Azcarate, Laura Vigara Rdríguez, Santiag Vicente Luis Lafuente, N Kabir, J Gavrilvic, DARussell ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION Synthetic Macrcyclic Peptidmimetic as Tunable ph Prbes fr the Flurescence Imaging f Acidic Organelles in Live Cells Num 44 pp Internacinal El sensr flurescente de ph pdría utilizarse en estudis de bilgía celular al permitir cncer cn más precisión el grad de acidez intracelular Además, investigacines preliminares sugieren su utilidad cm métd de diagnóstic de cáncer, dad que el sensr es capaz de señalar la presencia de células cancersas al presentar éstas un diferente grad de acidez que las células sanas COOPERACIÓN DESEADA El bjetiv es encntrar una empresa tecnlógica (fundamentalmente del camp de ls sensres químics) capaz de desarrllar las tecnlgías relacinadas cn la síntesis y expltación de las mléculas que se han diseñad Esta empresa pdría expltar la invención, baj licencia de la Universitat Jaume I de Castellón y la Universidad de East Anglia y de ls inventres, bien crear una nueva empresa, dependiente de ells, que se dedicara exclusivamente a la fabricación y diseñ de nuevas aplicacines (mediante I+D) PERFIL DEL GRUPO Nmbre Catalizadres plimérics en química fina y química supramlecular Persna de cntact: Dr Santiag V Luis (Catedrátic de Universidad) Númer miembrs 10 Líneas de investigación Química supramlecular: diseñ y síntesis de nuevs receptres (macrcíclics y n macrcíclics ) para el recncimient y detección de anines y tras especies químicas de interés bilógic y/ mediambiental 4

5 estudi de prpiedades de autasciación: frmación de rgangeles en determinads dislventes inhibidres de la expansión de enfermedades cm el cáncer diseñ y estudi de máquinas mleculares para aplicacines de lógica mlecular mdels enzimátics sintétics Química sstenible: Diseñ, preparación y estudi de catalizadres sprtads: mayr selectividad (mens residus) y mayr reutilización del catalizadr Estudi del us de fluids supercrítics (CO2) cm dislventes n cntaminantes 5