Fig 1.- Perfil del espectro de anfotericina B obtenido mediante espectrofotometría de UV/Vis a diferentes concentraciones de anfotericina B en DMSO. Se observa que a mayor concentración el perfil se escala pero a demás sufre un cambio de perfil.

Durante los 30 años de trabajo del laboratorio se ha adquirido una amplia experiencia en la obtención de bicapas de diferentes composiciones mediante la técnica de Tip-Dip para el registro de señales eléctricas (Electrofisiología), ver figura 1, así como Espectrofotometría UV/Vis para la caracterización de los fármacos en diferentes ambientes y soluciones, ver figura 2. También se ha avanzado en el uso de AFM de manera tal que se pueden medir propiedades elásticas de vesículas y vacuolas así como la obtención de imágenes topográficas de bicapas soportadas sobre mica de diferentes mezclas de lípidos, ver figura 3. Estas técnicas han permitido un mejor entendimiento del modo de acción de fármacos antifúngicos e incluso han permitido la síntesis de análogos que buscan disminuir la toxicidad de dichos fármacos. Esto último en una colaboración ínter- institucional entre UNAM, UAEM y Cinvestav.

Las dos principales líneas de investigación son:

  • 1.- Diseño racional de fármacos.
  • El entendimiento a nivel molecular del modo de acción de fármacos nos brinda la posibilidad de mejorar su uso. Se busca entender el origen de la toxicidad de anfotericina B (AmB) y diseñar análogos que reduzcan sus efectos colaterales sin afectar su efectividad para combatir infecciones fúngicas. Los registros de electrofisiología sobre diferentes bicapas brindan información sobre la efectividad de anfotericina B para formar poros en dicha membrana. Estudios de espectros UV/Vis nos ayudan a evaluar los estados de agregación del fármaco, estos agregados se pueden observar en imágenes topográficas de AFM de bicapas soportadas bajo la presencia de anfotericina B en la solución. Los resultados sirven para proponer un mecanismo de acción. Con base en este modelo se diseñan análogos de AmB que pretenden ser menos tóxicos para los pacientes.

    Fig 2.- Registro de canal unitario que muestra la presencia de canales de anfotericina B. La línea basal indica el nivel de corriente 0 y se observan 3 eventos de corriente mayor, entre 1- 3pA correspondientes a aperturas del poro de distintos canales.

    Fig 3.- Imagen topográfica de una bicapa de DOPC:SM:Chol que presenta segregación de fases. Se muestra la imagen en 2D y 3D así como un corte transversal en el cual se observan las diferentes alturas de las dos fases de la bicapa.

  • 2.- Fisicoquímicas de bicapas lipídicas
  • La membrana participa activamente en diversos procesos celulares. Una de las maneras más evidentes en las que la membrana participa en estos procesos son las denominadas “balsas” o “rafts” que se presentan en bicapas que contienen esfingomielina y colesterol. Diversas proteínas tiene como objetivo estas estructuras y es ahí en donde llevan a cabo sus procesos moleculares. En conjunto con las simulaciones de dinámica molecular, el laboratorio de Biofísica estudia el efecto que tienen estos dominios de lípido sobre diferentes propiedades de membrana como por ejemplo elásticas y la agregación o inserción de fármacos. Para ello se recurre a herramientas como AFM, electrofisiología y simulaciones de Dinámica Molecular.

    Crecimiento e infraestructura
    • Paquete MONTECUERNA para simulaciones numéricas de sistemas moleculares con el método de Monte Carlo.
    • Equipos de electrofisiología para experimentos de canal unitario sobre bicapas modelo artificiales o de origen celular; forjas para la elaboración de micropipetas de vidrio; electrómetros; tarjetas de adquisición digital etc...
    • Microscopio de fuerza atómica para estudio topográfico y de propiedades elásticas de materiales sólidos y biológicos tanto en condiciones ambiente como fisiológicas.
    • MiniCluster de 12 procesadores con SO Centos v2.0; 3 PC con cuádruple núcleo con SO Mandriva 20; 2 PC con MS-Windows XP de 64 bits. Desarrollo de software ad hoc al análisis estructural y predicción de estructura de las proteínas.
    • Espectrofotómetro de UV/Vis para la caracterización de compuestos en diferentes medios y a distintas concentraciones.
    Colaboración Institucional
    El laboratorio mantiene colaboraciones de investigación con las siguientes instituciones:

    • FES Zaragoza (UNAM)
    • CINVESTAV (Zacatenco)
    • Facultad de Farmacia UAEMor
    • Centro de Investigaciones Químicas UAEMor
    • Instituto de Investgaciones Biomédicas UNAM
    • Instituto de Fisiología Celular UNAM
    • Facultad de Química, Universidad de Sevilla
    • Instituto Tecnológico Superior Zacatecas Occidente
    Publicaciones recientes

    Artículos en revistas con refereo indizadas en el ISI

    Portugal L, Muñóz-Garay C, Martínez de Castro DL, Soberón M, Bravo A. Toxicity of Cry1A toxins from Bacillus thuringiensis to CF1 cells does not involve activation of adenylate cyclase/PKA signaling pathway. Insect Biochem Mol Biol.(2017) 80:21-31.
    Portugal L, Muñóz-Garay C, Martínez de Castro DL, Soberón M, Bravo A. (2017). Toxicity of Cry1A toxins from Bacillus thuringiensis to CF1 cells does not involve activation of adenylate cyclase/PKA signaling pathway. Insect Biochem Mol Biol. 80:21-31.
    C. I. León-Pimentel, J. I. Amaro-Estrada, H. Saint-Martin, A. Ramírez-Solís. Born-Oppenheimer molecular dynamics studies of Pb(II) micro hydrated gas phase clusters. J. Chem. Phys.
     
    Vázquez RF, Maté SM, Bakás LS, Muñoz-Garay C, Herlax VS. (2016). Relationship between intracellular calcium and morphologic changes in rabbit erythrocytes: Effects of the acylated and unacylated forms of E. coli alpha-hemolysin. Biochim Biophys Acta. May 17;1858(8):1944-1953.  [Epub ahead of print] PMID:27206406
     José David Flores-Romero, Josué Rodríguez-Lozada, Manuel López-Ortiz, Ricardo Magaña, Iván Ortega-Blake, Ignacio Regla, and Mario Fernández-Zertuche.  Multigram Scale Synthesis of A21, A New Antibiotic Equally Effective and Less Toxic than Amphotericin B. Org. Process Res. Dev. 2016, 20, 1529−1532.
    F. Favela-Rosales, J. Hernandez-Cobos, M.D. Carvajal-Tinoco, I. Ortega-Blake, "On the Coexistence of Phases of the POPC-Cholesterol System: A Molecular Dynamics Study", Biophysical Journal.
     
    H. Manzanilla-Granados, H. Saint-Martin, R. Fuentes-Ázcatl, J. Alejandre, Direct coexistence methods to determine the solubility of salts in water from numerical simulations. Test case NaCl, J. Phys. Chem. 119: 8389−8396 (2015)  
     D, P. Luis, E. C. Herrera-Hernández, H. Saint-Martin, iA theoretical study of the dissociation of the sI methane hydrate induced by an external electric field, J. Chem. Phys. 143: 204503 (2015)
    Canche-Tello, J.; Vargas, M. C.; Hérnandez-Cobos, J.; Ortega-Blake, I.; Leclercq, A.; Solari, P. L.; Lezama-Pacheco, J.; Den Auwer, C. & Mustre de Leon, J. X-ray Accelerated Photo-Oxidation of As (III) in Solution. The Journal of Physical Chemistry A, American Chemical Society, 2015, 119, 2829-2833  

    Artículos in extenso de memorias de congresos y procedings

    Arturo Galván-Hernández, Carlos Muñoz-Garay, Iván Ortega-Blake (2016). Aggregates of Amphotericin B onto Supported Lipid Bilayers of DOPC:SM:Chol. 110:3, Supplement 1, 497a–498a

    Divulgación o educación

     J. I. Amaro-Estrada, C. I. León-Pimentel, A. Ramírez-Solís, H. Saint-Martin; Enfoque molecular del envanenamiento por plomo; inventio, la génesis de la cultura universitaria en Morelos, noviembre 2016-febrero2017, 31, 2017