Durante años, los científicos han intentado crear componentes de sangre artificial, convencidos de que un avance médico como tal podría solucionar los problemas actuales de donación de sangre -como la contaminación, el almacenamiento limitado y la escasez de suministro- y así ayudar a que las transfusiones de sangre en el campo de batalla y que en casos de emergencia sean más rápidas y sencillas.
En la actualidad, la mayoría de los sucedáneos de la sangre están hechos a partir de versiones de la hemoglobina natural: uno de los componentes esenciales de la sangre, que lleva el oxígeno desde los pulmones al resto del cuerpo. Sin embargo, las investigaciones siguen en marcha puesto que algunos estudios sugieren que los sucedáneos de la sangre actuales pueden incrementar el riesgo de ataque al corazón en los casos de emergencia en que se han utilizado.
El equipo de Penn ha centrado sus esfuerzos en crear proteínas desde cero que puedan transportar el oxígeno y que, esencialmente, sean resistentes al agua, una cualidad importante. Si el agua penetra la proteína, se libera un tipo de oxígeno que escapa y puede causar daño celular.
“Creo que es un logro importante dentro del diseño de proteínas,” señala Roman Boulatov, profesor asistente de química en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (Estados Unidos). “Esto nos muestra que es posible crear una reactividad específica si partimos desde cero. Te da mucho más control sobre aquellas cosas que puedes cambiar”, añade.
La modificación de las proteínas ya existentes no siempre da un resultado predecible, y a veces se realiza sin éxito. “Trabajar con proteínas naturales es problemático ya que son frágiles y complejas,” afirma Christopher Moser, bioquímico en Penn y coautor del nuevo estudio. “Nos gustaría saber cómo crear proteínas que funcionen bien y que no estén relacionadas con las proteínas naturales: eso nos permitirá seguir construyendo más características”, explica Moser.
Los investigadores de Penn usaron tres aminoácidos para construir una proteína con estructura de columna de cuatro hélices. Dentro de esta estructura colocaron una estructura más pequeña a la que llamaron heme, una molécula grande y plana que es la parte activa de la hemoglobina. El heme tiene un átomo de hierro en su centro, que es lo que atrae el oxígeno.
Los investigadores también hicieron que la estructura de la proteína fuera flexible, para que pudiera abrirse y recibir el oxígeno, y cerrarse de nuevo para impedir que entre el agua. Esto se consiguió mediante la unión de las columnas helicoidales usando unos lazos que limitan su movimiento. Por ese motivo, la estructura final tiene forma de candelabro.
“Hemos descubierto que podemos crear interiores secos en proteínas muy simples,” señala el autor principal, P. Leslie Dutton, profesor de bioquímica en Penn. “La mayor parte de la actividad de las enzimas se centra en mantener el agua fuera [del interior].” El estudio está publicado en el último número de la revista Nature.
Antes de poder usar la proteína artificial en el cuerpo humano, los investigadores deben asegurarse de que puede contener el oxígeno el tiempo suficiente como para que sea útil, que puede trabajar en un ento o celular y que no resulta tóxica. También es preciso que el sistema inmunológico no reconozca a la proteína como un contaminante que debe expulsar a través del riñón, según afirma James Collman, profesor de química en la Universidad de Standford que se dedica a la creación de hemes sintético para la captación de oxígeno.
“Es importante tener sustratos de sangre ya que existen muchas enfermedades causadas por la falta de flujo sanguíneo, como la hemorragia traumática, los derrames y los ataques al corazón”, señala Howard Levy, director científico en Sangart, la compañía que elabora el agente responsable de la distribución del oxígeno. “Es realmente el pan de cada día dentro de la medicina de cuidados intensivos", concluye Levy.