Estructura atómica de la molécula de cocaína en solución acuosa. / Andrew J. Johnston et al./Univ. Oxford/UPC

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

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El investigador Luis Carlos Pardo, del Grupo de Caracterización de Materiales de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), ha desvelado, junto con investigadores de la Universidad de Oxford, el mecanismo por el cual la cocaína es capaz de atravesar la membrana protectora del cerebro. Se trata de un estudio pionero que abre la puerta al diseño de fármacos más eficaces para tratar enfermedades cerebrales.

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La molécula es capaz de adaptarse tanto a entornos hidrofílicos como hidrofóbicos cambiando sus propiedades según el contexto

UPC / 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.

A través de una técnica llamada difracción de neutrones los investigadores Luis Carlos Pardo, de la UPC, y Andrew Johnston, Sebastian Busch y Syliva Mclain, de la Universidad de Oxford, han obtenido la información sobre la estructura microscópica del envoltorio de agua de la molécula de cocaína. La investigación ha desvelado porqué la cocaína atraviesa de forma directa y efectiva la membrana hematoencefálica que protege el cerebro de sustancias tóxicas como no lo hacen otras moléculas.

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Los investigadores han descubierto que la molécula es capaz de adaptarse tanto a entornos hidrofílicos (que tienen afinidad con el agua) como hidrofóbicos (que repelen o que no pueden mezclarse con agua) cambiando sus propiedades según el contexto, con o sin agua, en el cual se encuentra.

El estudio, que ha sido publicado a la revista científica Physical Chemistry Chemical Physics, descubre cómo 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 también ha dado respuesta a la incógnita de como la 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 contexto, 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.

Cuando se encuentra en un ambiente hostil a las moléculas de agua, pliega sus anclajes químicos

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 es que para enganchar entre sí estos anclajes químicos la cocaína utiliza precisamente una molécula de agua.

Para obtener esta conclusión, el investigador Luis Carlos Pardo, 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.

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