Descubren cómo la cocaína atraviesa la membrana protectora del cerebro

• El estudio ayudaría a mejorar los fármacos para enfermedades cerebrales
• También, permitiría proteger el cerebro de otros agentes tóxicos

La cocaína atraviesa de forma directa y efectiva la membrana hematoencefálica.

El científico de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) Luis Carlos Pardo ha desvelado, junto con investigadores de la Universidad de Oxford, el mecanismo por el que la cocaína es capaz de atravesar la membrana protectora del cerebro, un estudio pionero que abre la puerta a diseñar fármacos más eficaces para enfermedades cerebrales.

El trabajo, que ha publicado la revista científica Physical Chemistry Chemical Physics, podrá ser útil en el futuro para diseñar medicamentos para enfermedades cerebrales y para proteger el cerebro y prevenir la entrada de tóxicos capaces de atravesar su membrana, según ha explicado Pardo, que trabaja en el Grupo de Caracterización de Materiales de la UPC.

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

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 se pueden mezclar con agua) cambiando sus propiedades según el contexto, con o sin agua, en el que se encuentra.

El estudio descubre cómo la cocaína es capaz de recorrer el corriente sanguíneo gracias a sus propiedades hidrofílicas. La molécula se disuelve en agua porque puede anclar a su alrededor moléculas de agua, formando lo que denominan puentes de hidrógeno.

Capacidad de adaptación

Pero también ha dado respuesta a la incógnita de cómo la molécula es capaz de adaptarse a ambientes hidrofóbicos como los que componen la barrera de protección del cerebro, en los que 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 le permitirían acceder a este tipo de entornos.

Es decir, cuando se encuentra en un ambiente hostil a las moléculas de agua, pliega sus anclajes químicos con el agua de manera que se hace pasar por una molécula hidrofóbica. Lo que los investigadores han descubierto es que para pegar entre sí estos anclajes químicos la cocaína utiliza precisamente una molécula de agua.

Para obtener esta conclusión, 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 usado técnicas numéricas que permiten analizar con el ordenador las moléculas utilizadas.