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Laboratorio de Biofísica

Laboratorio de Biofísica

En el laboratorio de biofísica del ICF-UNAM nos enfocamos en estudiar y entender los mecanismo de acción de antibióticos polienos. Para ellos utilizamos herramientas experimentales y teóricas que incluyen Microscopia de Fuerza Atómica, Espectrofotometría de UV/vis, Electrofisiología de canal unitario y simulaciones de Dinámica Molecular de bicapas lipídicas y polienos. El resultado es la creación de derivados o formulaciones de estos antibióticos que sean menos tóxicos para los seres humanos.

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.


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.


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.

Click aquí para la publicación relacionada.


  • 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.


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.

  • 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.

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

Artículos en revistas con arbitraje indizadas (Web of Science, JCR, SCOPUS)

1.- Notable enhancement of Amphotericin B channel activity by applied pressures in the range of MSchannels activation. Liga a la publicación
2.- Surface modification of residual Nylon 6.6 and Fiberglass-Nylon 6.6 coatings by atmospheric plasma treatment Liga a la publicación
3.- IN VITRO COMPARATIVE STUDY OF THE ANTITUMORAL EFFECTS OF AMPHOTERICIN B AND ITS DERIVATIVE AMPHOTERICIN A21 IN LUNG CELLS Liga a la publicación
4.- Polyene Antibiotics Physical Chemistry and Their Effect on Lipid Membranes; Impacting Biological Processes and Medical Applications Liga a la publicación
5.- In vitro comparative study of the antitumoral effects of amphotericin b and its derivative amphotericin A21 in lung cells Liga a la publicación
6.- Polyene Antibiotics Physical Chemistry and Their Effect on Lipid Membranes; Impacting Biological Processes and Medical Applications. Liga a la publicación
7.- TBC1D10C is a cytoskeletal functional linker that modulates cell spreading and phagocytosis in macrophages Liga a la publicación
8.- Preclinical safety evaluation of amphotericin A21: A novel antifungal Liga a la publicación
9.- Asymmetric bilayers mimicking membrane rafts prepared by lipid exchange: Nanoscale characterization using AFM-Force spectroscopy Liga a la publicación
10.- Preclinical safety evaluation of amphotericin A21: A novel antifungal Liga a la publicación
11.- Morphology and dynamics of domains in ergosterol or cholesterol containing membranes Liga a la publicación
12.- Biophysical characterization of the insertion of two potent antimicrobial peptides-Pin2 and its variant Pin2[GVG] in biological model membranes Liga a la publicación
13.- A molecular dynamics study proposing the existence of statistical structural heterogeneity due to chain orientation in the POPC-cholesterol bilayer Liga a la publicación
14.- A general purpose acetonitrile interaction potential to describe its liquid, solid and gas phases Liga a la publicación
15.- Asymmetric bilayers mimicking membrane rafts prepared by lipid exchange: Nanoscale characterization using AFM-Force spectroscopy Liga a la publicación
16.- Biophysical characterization of the insertion of two potent antimicrobial peptides-Pin2 and its variant Pin2 [GVG] in biological model membranes Liga a la publicación
17.- Morphology and dynamics of domains in ergosterol or cholesterol containing membranes Liga a la publicación
18.- A molecular dynamics study proposing the existence of statistical structural heterogeneity due to chain orientation in the POPC-cholesterol bilayer Liga a la publicación
19.- Tetraspanin 33 (TSPAN33) regulates endocytosis and migration of human B lymphocytes by affecting the tension of the plasma membrane Liga a la publicación
20.- Tetraspanin 33 (TSPAN33) regulates endocytosis and migration of human B lymphocytes by affecting the tension of the plasma membrane Liga a la publicación
21.- B. Ullrich and J. S. Wang; All-optical tuning of the Stokes shift in PbS quantum dots, Appl. Phys. Lett. 102, 071905 (3pp) (2013) Liga a la publicación
22.- J. S. Wang, B. Ullrich, and G. J. Brown; Lead Sulfide quantum dot synthesis, deposition, and temperature dependence studies of the Stokes shift, MRS 2011 Fall Meeting, Boston, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1409 © 2012 Materials Research Society, DOI: 10.1557/opl.2012.755 (6 pages) Liga a la publicación
23.- J. S. Wang, B. Ullrich, and G. J. Brown; PbS nanoparticles: synthesis, supercritical fluid deposition, and optical studies, MRS 2012 Spring Meeting, San Francisco, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1449 © 2012 Materials Research Society, DOI: 10.1557/opl.2012.792 (6 pages) Liga a la publicación
24.- B. Ullrich, J. S. Wang, and G. J. Brown; Photoluminescence under high-electric field of PbS quantum dots, AIP Advances 2, 042132 (5pp) (2012); doi: 10.1063/1.4766329 Liga a la publicación
25.- Ramírez-Galicia G., Garduño-Juárez Ramón, Bahram Hemmateenejad, Deeb Omar, Deciga-Campos Myrna, Moctezuma-Eugenio Juan Carlos,
QSAR study on the antinociceptive activity of some morphinans,
Chemical Biology & Drug Design 70 (2007) 53-64.
 
26.- Ramírez-Galicia G., Garduño-Juárez Ramón, Bahram Hemmateenejad, Deeb Omar, Samuel Estrada-Soto,
QSAR study on the relaxant agents from some Mexican medicinal plants and synthetic related organic compounds,
Chemical Biology & Drug Design 70 (2007) 143-153.
 
27.- Deeb O., Hemmateenejad B., Jaber A., Garduño-Juárez R. and Miri R.,
Effect of the electronic and physicochemical parameters on the carcinogenesis activity of some sulfa drugs using QSAR analysis based on genetic-MLR and genetic-PLS,
Chemosphere 67(11) (2007) 2122-2130.
 

Artculos en revistas de enseanza indizadas

1.- Los liposomas en nanomedicina: del concepto a sus aplicaciones clnicas y tendencias actuales en investigacin Liga a la publicación
2.- Los liposomas en nanomedicina: del concepto a sus aplicaciones clnicas y tendencias actuales en investigacin Liga a la publicación

Capítulos de libros

1.- Formation and Nanoscale Characterization of Asymmetric Supported Lipid Bilayers Containing Raft-Like Domains.
2.-  J. I. Amaro-Estrada, C. I. León-Pimentel, A. Ramírez-Solís, H. Saint-Martin, Enfoque molecular del envenenamiento por plomo, Inventio pp. 31-33, 2016
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