La investigación, publicada esta semana en la revista Science, puede que tenga como resultado la creación de nuevos fármacos para tratar el insomnio y otras enfermedades relacionadas con el sueño.
Alexander Schier y sus colegas de Harvard desarrollaron un sistema automatizado para evaluar 60.000 comportamientos distintos relacionados con el sueño en el comportamiento de los peces cebra, un pez tropical que a menudo se usa en investigaciones científicas. Después de analizar 5.600 pequeñas moléculas de la larva, el equipo descubrió 463 componentes significativos alteradores del sueño, muchos de los cuales se sabe que tienen efectos similares en los humanos.
“No esperábamos encontrar tanta conservación de los efectos de los fármacos entre los humanos y los peces cebra,” afirma Schier, profesor de biología molecular y celular. “Esto ha sido una prueba de principio y viene a decirnos que muchas de las vías encontradas en los humanos se conservan en los peces.”
Schier señala que este tipo de similitudes en cuanto a comportamiento puede que hagan de los peces cebra un modelo ideal para el estudio acerca de cómo y por qué duermen los humanos, unos misterios que en gran parte aún no han sido resueltos. Aún no está claro qué mecanismos moleculares controlan el sueño y la vigilia. Señalar estas vías, y encontrar fármacos que las bloqueen o las promuevan, es uno de los enfoques principales de muchas compañías farmacéuticas—los fármacos para el sueño generan 7 mil millones de dólares de beneficios anuales en los Estados Unidos. Sin embargo, el proceso de desarrollo de fármacos es tedioso y caro. Schier cree que la puesta a prueba de fármacos candidatos en peces cebra podría resultar una alternativa sencilla y barata a los procesos de análisis convencionales de fármacos.
Normalmente, para poner un fármaco a prueba, los investigadores en primer lugar estudian sus efectos en células cultivadas, observando si el fármaco se vincula con éxito al receptor o a la molécula. Después dan un paso adelante y pasan a los experimentos con animales, poniendo a prueba los efectos de comportamiento en sujetos vivos. Sin embargo los fármacos que tienen ciertos efectos en las células cultivadas a menudo poseen efectos secundarios inesperados—o ningún efecto—en los animales vivos.
“La ventaja del pez cebra es que puedes mantener un gran número de animales en un espacio muy reducido, y criar muchos, muchos animales a un coste relativamente bajo,” afirma Schier. Al contrario que las moscas y los gusanos, que a menudo se utilizan en las fases más iniciales de las investigaciones farmacéuticas, los peces son vertebrados. “Se pueden encontrar muchas características en los peces cebra que guardan relevancia con los mamíferos,” afirma.
Para analizar los fármacos, los investigadores colocaron una única larva de pez cebra en un diminuto pozo dentro de una bandeja con 96 pozos. Cada pozo fue inyectado con un fármaco, y cada uno de ellos se puso a prueba con diez larvas distintas. Después colocaron la bandeja en una cámara de registro con luces infrarrojas y de LED blanco, así como con una cámara conectada a un programa de software. Después de alinear la bandeja con su cuadrícula correspondiente en la pantalla del ordenador, los investigadores programaron las luces para que simularan los tiempos diurnos y nocturnos. La cámara registró cada una de las actividades de los peces durante dos días, y un software de seguimiento por video hizo un esquema de los movimientos por segundo de cada uno de los peces.
Mediante el uso de algoritmos de grupo, Schier y sus colegas agruparon a los peces dentro de 60.00 perfiles de comportamiento distintos, dependiendo de varias limitaciones. “¿Cuando se apaga la luz, con qué frecuencia están activos? ¿Cuándo están inactivos, durante cuánto tiempo lo están? Eso es lo que observamos en los peces,” afirma Schier. “Se pueden medir muchos parámetros distintos, y eso nos permite hacer el perfil de distintos fármacos.”
Los anti-inflamatorios, tales como las citoquinas, los fármacos anti-inflamatorios no esteroides, así como la ciclosporina, tuvieron un efecto sorprendente. Normalmente, estos fármacos inducen al sueño cuando se toman para combatir infecciones tales como una gripe. Sin embargo, Schier descubrió que cuando se administran a peces cebra normales y saludables, estos componentes, o inmunomoduladores, hicieron que los peces fuesen más activos durante el día.
“Con las enfermedades, los inmunomoduladores han estado implicados con el sueño,” afirma Schier. “Lo que proponemos es que quizá exista alguna función de base para estos inmunomoduladores durante el sueño normal y los ciclos de vigilia.”
Este tipo de descubrimientos podrían ayudar a los investigadores a identificar nuevos elementos moleculares involucrados en el sueño y la vigilia. Irina Zhdanova, profesora asociada de anatomía y neurobiología en la Escuela Médica de la Universidad de Boston, estudia los mecanismos fisiológicos de los ritmos circadianos en los peces cebra. Zhdanova afirma que hay muchos fármacos destinados al sueño en el mercado con efectos secundarios sustanciales; estos efectos podrían ser evitados si se utilizasen unas herramientas de análisis mejores.
“El enorme rango de fármacos puestos a prueba [por el grupo de Schier] demuestra que las pruebas con peces cebra se pueden utilizar de forma efectiva para al menos pre-analizar múltiples casos de fármacos ya existentes y nuevas sustancias candidatas,” afirma Zhdanova. “Realmente es algo muy útil.”
En el futuro, afirma Schier, los peces cebra podrían también usarse como modelo para testar fármacos de enfermedades psiquiátricas humanas como la esquizofrenia o el autismo. La idea es identificar los genes asociados con la enfermedad humana, e intentar provocar el mismo defecto en los peces cebra. Después los investigadores podrían centrar su atención en los distintos cambios de comportamiento que se diesen como resultado, tal y como la sensibilidad de un pez al tacto, o su reacción ante estímulos visuales.
“Con suerte, habrá una conexión entre el gen afectado y un cambio en el comportamiento, y podremos intentar corregir dicho cambio de comportamiento mediante la inclusión de un fármaco en particular,” señala Schier. “Por ahora es un poco ciencia ficción, pero es posible.”