• Like
  • Save
APLICACIONES DE LA QUIMICA EN LA BIOMEDICINA
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

APLICACIONES DE LA QUIMICA EN LA BIOMEDICINA

on

  • 5,501 views

TEMA PARA LA MATERIA DE QUIMICA BASICA CON LABORATORIO...INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA...t&t

TEMA PARA LA MATERIA DE QUIMICA BASICA CON LABORATORIO...INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA...t&t

Statistics

Views

Total Views
5,501
Views on SlideShare
5,501
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    APLICACIONES DE LA QUIMICA EN LA BIOMEDICINA APLICACIONES DE LA QUIMICA EN LA BIOMEDICINA Document Transcript

    • Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad 3. Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Juan J. Vaquero UNIVERSIDAD DE ALCALA 1 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA REAL ACADEMIA ESPAÑOLA DICCIONARIO DE LA LENGUA ESPAÑOLA Biomedicina. 1. f. Medicina clínica basada en los principios de las ciencias naturales, como la biología, la biofísica, la bioquímica, etc wikipedia.org/wiki/Biomedicina La biomedicina es la disciplina que se ocupa de estudiar los movimientos del cuerpo humano, bajo circunstancias y condiciones diferentes. Además, analiza la energía y las cargas mecánicas involucradas en dichos movimientos.  wikipedia.org/wiki/Biomedicine Biomedicine, also known as theoretical medicine, is a term that comprises the knowledge and research which is more or less in common to the fields of human medicine, veterinary medicine, odontology and fundamental biosciences such as biochemistry, chemistry, biology, histology, genetics … 2
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 3 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 4
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 5 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Premio  Nobel  de  Química  2008  para  los  descubridores  de  la  proteína  fluorescente GFP Los  estadounidenses  Martin  Chalfie  y  Roger  Y.  Tsien  y  el  japonés  Osamu  Shimomura  han  obtenido  conjuntamente el Premio  Nobel de Química de 2008 "por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde  fluorescente, GFP (Green Fluorescent Protein)", según ha comunicado la Real Academia Sueca de las Ciencias. La  proteína GFP, observada por primera vez en la medusa Aequorea victoria en 1962, se ha convertido en una de  las herramientas más utilizadas en biomedicina. 6
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA La pregunta.......? Por qué brillaban los restos del molusco Cypridina? Cypridina Osamu Shimomura ¡ DESCUBRIMIENTO DE UNA PROTEINA QUE BRILLABA 37.000 veces más que los restos pulverizados del molusco ¡ 7 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA PROTEINA VERDE FLUORESCENTE (GFP) • 238 aminoácidos  • Se pliegan tomando la forma  de una lata de cerveza  • En el centro tiene un grupo químico (cromóforo) que  absorbe la luz ultravioleta Aequoria victoria  8
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Martin Chalfie 9 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA DESCUBRIMIENTO Roger Y. Tsien  DEL CROMOFORO Tyr 66 O OH O OH O OH Ciclación Deshidratación N N Gly 67 N NH OH N NH OH H O HN O OH O HO O HN HN Ser 65 Oxidación O OH O O H+ N N N N -H+ OH OH O HN 397 nm O HN 475 nm 10
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA MODIFICACIÓN QUIMICA DEL CROMOFORO 11 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Marcaje con diferentes proteínas PA-GFP diferentes tipos de neuronas en el cerebro de un ratón Brainbow Rainbow 12
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Seguimiento del  desarrollo  Crecimiento y metástasis  neuronal tumorales Visualizar el daño cerebral que  Estudio de las células beta del  produce la enfermedad de Alzheimer páncreas (las que producen  insulina) 13 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA .........Por sus trabajos en biomedicina que posibilitan la liberación inteligente de Robert Langer fármacos y la producción de tejidos y Premio Príncipe de Asturias 2008 órganos para transplante mediante Investigación Científica y Técnica novedosos materiales biodegradables que sirven de soporte. Premio Príncipe de Asturias 2008 Deportes 14
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Charles Nelson Goodyear (1800-1860) VULCANIZACION (1851) 15 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA OH O + H H SINTESIS DE LA BAKELITA Leo Baekeland (1863-1943) 16
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA MATERIALES Hermann Staudinger (1881-1963) Premio Nobel 1953 MACROMOLECULAS POLÍMEROS OH OH CH2 CH2 CH2 CH2 n BAKELITA 17 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA PO LIC AR BO NA TO N PO LO LIE NY TI L EN O O IREN LIEST PO POLISULFONAS 18
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA BIOPO L IMERO S PO LIC AR BO NA TO N PO LO LIE NY TI L EN O O IREN LIEST PO POLISULFONAS 19 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA PO LIC AR BO NA TO Uso clínico N PO LO LIE NY TI L EN O O T IREN LIES PO POLISULFONAS 20
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA NO TÓXICO NO INMUNOGÉNICO BIOMATERIAL Uso clínico BIOCOMPATIBLE NO TROMBOGÉNICO NO MUTAGÉNICO 21 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Ingeniería de tejidos Polímero O Me O * O O * biodegradable O O n m Me O O Poli(láctico-co-glicólico) Implante in vivo Piel Hueso Cultivo tisular in vitro Cartilago Cultivo celular Intestino… Reproducido de R. Langer Acc. Chem. Res., 2000, 33, 94 22
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Liberación controlada de fármacos Fármaco liberado Disolución o degradación lenta del polímero O O Reacción de degradación de (DETOSU)-poli(ortoesteres) * O O O O n * H2O (exceso) O O Et Et HO OH O O O + Et Reproducido de Kathryn E. Uhrich, Scott M. Cannizzaro, Robert S. Langer HO Chem. Rev. 1999, 99, 3181-3198 HO OH HO OH 23 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Liberación controlada de fármacos Difusión molecular lenta Reproducido de Kathryn E. Uhrich, Scott M. Cannizzaro, Robert S. Langer Chem. Rev. 1999, 99, 3181-3198
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Liberación controlada de fármacos Moléculas de agua atraviesan la membrana El fármaco se disuelve en el medio acuoso Membrana semipermeable Reproducido de Kathryn E. Uhrich, Scott M. Cannizzaro, Robert S. Langer 25 Chem. Rev. 1999, 99, 3181-3198 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Organos artificiales Tubo biocompatible de 7 cm de longitud de aleación Ni-Ti (nitinol) Páncreas artificial El tubo se perfora con laser en forma de agujeros hexagonales El tubo se recubre con una capa de nanofibras de poliuretano El tubo se recubre con una segunda membrana polimérica semipermeable de poli(dimetilacrilamida) y polidimetilsiloxano entrecruzada con polimetilhidrosiloxano La combinación de membranas posibilita el flujo libre de insulina y glucosa pero impide el acceso al tubo de moléculas inmunes capaces de atacar y destruir los islotes y de virus La membrana de silicona actua como secuestradora del oxigeno que necesitan las celulas encapsuladas y es permeable a la salida del CO2 generado Puede actuar como sensor de glucosa para liberar la cantidad exacta de insulina que necesita el organismo 26 26
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA EL COMIENZO DE LA HISTORIA…. ST MARY’S HOSPITAL DE LONDRES 27 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LA OBSERVACION DE Fleming….. Estaba atónito… A considerable distancia alrededor del hongo, el crecimiento de las colonias de estafilococo estaba sufriendo lisis… Lo que antes había sido una colonia bien formada, era ahora una débil sombra de su forma anterior. Estaba suficientemente interesado como para seguir en el tema: la apariencia de la placa de cultivo era tal, que pensé no debía desecharse….. LA HIPOTESIS……… TODO ORGANISMO GENERA SUS PROPIAS DEFENSAS CONTRA LA INFECCION.... EL HONGO DEBIA GENERAR ALGUN PRODUCTO QUE INHIBIA EL MICROBIO (ANTIBIOTICO) 28
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LOS ESTUDIOS……… "Se ha demostrado que una especie de Penicillium produce en cultivo una sustancia antibacteriana muy poderosa". Fleming y sus ayudantes Riddle y Cradock, extrajeron la sustancia. Esta, era soluble en éter y cloroformo, pero muy lábil Demostraron que era un agente inhibidor "más potente que el ácido carbólico”, pudiendo ser aplicado sobre la superficie infectada de un individuo, ya que no era ni irritante ni tóxica. Penicillium notatum 29 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Condiciones de crecimiento del Penicilium y de producción de penicilina. Desarrollo de métodos sencillos y rápidos para medir la actividad de la penicilina. Métodos de extracción de penicilina a partir del medio de cultivo y de purificación para su uso clínico. Howard W. Florey Ernst B. Chain Desarrollo de un método para la producción a gran escala de penicilina. EL DESCUBRIMIENTO DE FLEMING En 1939 comienza la PROBABLEMENTE HUBIESE II Guerra mundial QUEDADO COMO UNA CURIOSIDAD CIENTIFICA SI NO LLEGA A SER POR EL EQUIPO DE H. FLOREY QUE RETOMA LAS INVESTIGACIONES EN 1938…….. E. Lax “The Mould in Dr. Florey’s Coat” Little Brown (2004) 30
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LOS ENSAYOS CLINICOS En 1941 comienzan en Inglaterra los ensayos en humanos. El primer paciente tratado había desarrollado una septicemia por S. aureus y S. pyogenes y aunque mejoró con el tratamiento, falleció al terminarse la penicilina a mitad del tratamiento. La primera curación completa se consiguió con un niño de 14 años enfermo de osteomielitis estafilocóccica Illinois State LEDERLEY (cepa 832) 1941, Junio 200 unidades por mL Florey y Heatley viajan a de caldo de cultivo Estados Unidos Peoria FLOREY (cepa 1249 B 21) 2 unidades por mL de caldo de cultivo 1943 COMIENZA LA PRODUCCION INDUSTRIAL EN USA 31 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LOS AVANCES DE PEORIA……… PEORIA……… 1) Fermentación aireada en tanques, en vez de en superficie 2) Nuevo medio de cultivo -cornsteep- en vez de extracto de levadura 3) Uso de Penicillium chrysogenum en vez de P. notatum. Inoculo Agitador Camisa temperatura Aire 32
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LA ESTRUCTURA DE LA PENICILINA Trabajo entre 1942 y 1949 en resolver mediante DIFRACCIÓN DE RAYOS X LA ESTRUCTURA DE la PENICLINA PREMIO NOBEL DE QUIMICA, 1964 Dorothy C. Hodgkin (1910-1994) 33 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA LA ESTRUCTURA DE LA PENICILINA H H N S CH3 O N CH3 O OH O Bencilpenicilina, penicilina G (Penicilina americana) Modelo de estructura de la penicilina (Dorothy Hodgkins 1945) N. A. Meyers, “Happy Accidents” Arcade publishing 2007 pag 74-5 34 34
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA DIFICULTADES DE USO TERAPEUTICO 1) Baja estabilidad en medio ácido (via oral) 2) Espectro antimicrobiano estrecho (Gram +) 3) Desarrollo de resistencia por algunos microorganismos 4) Alergenicidad en un porcentaje de pacientes 5) Farmacocinética inadecuada -Baja absorción oral -Excreción rápida (80% dósis eliminada en 3-4h) Modificaciones H R N H estructurales S CH3 O N CH3 O OH O 35 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA PENICILINAS BIOSINTETICAS PENICILINAS SEMISINTETICAS R H H N S CH3 O N CH3 O OH O El resto acilo se introduce por síntesis Síntesis O H3C S H2N H química R H N H O S CH3 S CH3 Fenoximetilpenicilina (V) Butiltiometilpenicilina (S) R Cl + N CH3 O N CH3 O O OH OH O O CH3 C6H5 O O Feneticilin Fenbencilin 36
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Penicilina resistente al medio ácido Penicilina resistente a beta lactamasas NH2 H H N N S CH O HO 3 H O CH3 N H N S CH O H3C 3 COOH O CH3 N O COOH Amoxicilina Oxacilina R H H N S CH 3 O CH3 N O COOH Profármaco de Penicilina de penicilina amplio espectro H2N H H N S CH3 H O H N CH3 Me Me H2N N S CH O O 3 O O N CH3 O Me O O COOH Pivampicilina Ampicilina 37 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA INHIBIDORES DE BETA LACTAMASAS H O OH N O OH O Ac. clavulánico HO O S CH 3 N CH O 3 OH O Sulbactamo H OO S CH 3 N N N O N OH O Tazobactamo 38
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA HOOC CH3 CH3 N N H Carbacefem H 2N CH3 NH2 OH N S H Penem H 3C S O N N O SO3H O N O N O Azthreonam O Cl COOH Monobactamas COOH Furopenem Loracarbef F F S H OH R H H N N S CH H3C O O 3 O CH3 N N N N OMe O Trinem O N O COOH COOH COOH N N Sanfetrinem Flomoxef HO Oxacefem OH H R 1 H H 3C N N H S S N NH O N R 2 O COOH Carbapenem O Cefalosporinas O OH Imipenem 39 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 80 AÑOS DESDE LA APARICIÓN DE LA PENICILINA… AÑ APARICIÓ PENICILINA… LA PENICILINA ABRIO LA ERA DE LOS ANTIBIOTICOS, A PARTIR DE ELLA DISPONEMOS DE ANTIMICROBIANOS EFICACES MAS DE 30.000 DERIVADOS SEMISÍNTÉTICOS DE SEMISÍ NTÉ PENICILINA Y CEFALOSPORINA EVALUADOS MAS DE 4000 METABOLITOS DE MICROORGANISMOS CON PROPIEDADES ANTIBACTERIANAS DESCUBIERTOS MAS DE 100 BETA LACTÁMICOS EN EL MERCADO. LACTÁ 40
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA ANTIBIOTICOS ANTITUMORALES ANTICONCEPTIVOS ANTIHIPERTENSIVOS ANTIOBESIDAD ANTIDIABETICOS ANALGESICOS ANTIMALARICOS ANTIDEPRESIVOS ANTIVIRASICOS 41 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA QUIMICA BIOMEDICINA 42
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Estadios en el proceso de descubrimiento de un medicamento Fase preclínica Identificación Solicitud a los Selección y síntesis Ensayos in vitro y Formulación, estabilidad, de un objetivo médico organismos estatales de moléculas activas con animales. Selección estudios crónicos en animales para un nuevo del mejor candidato Escalado medicamento (NDA) Fase clínica Revisión y aprobado Fase III: estudios Fase II: estudios Fase I: estudios Lanzamiento y Solicitud a los de nuevo medicamento masivos en humanos en pacientes en humanos sanos comercialización organismos estatales por organismo regulador (eficacia) (tolerencia) para salida al mercado Tomado de: Joseph G. Lombardino and John A. Lowe III , Nature Reviews, 2004, 3, 854 Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA Estadios en el proceso de descubrimiento de un medicamento 12-14 años Identificación Solicitud a los Selección y síntesis Ensayos in vitro y Formulación, estabilidad, de un objetivo médico organismos estatales de moléculas activas con animales. Selección estudios crónicos en animales para un nuevo del mejor candidato Escalado medicamento (NDA) Fase clínica 800-1000 millones EUROS Revisión y aprobado Fase II: estudios Fase I: estudios Lanzamiento y Solicitud a los Fase III: estudios de nuevo medicamento en pacientes en humanos sanos comercialización organismos estatales masivos en humanos por organismo regulador (eficacia) (tolerencia) para salida al mercado
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 1 FARMACO 800 M€ 1 FARMACO = 3 AIRBUS 380 30/03/2009 Juan J. Vaquero 45 Del Arco, S., “La industria farmacéutica estornuda”, El Pais Negocios, 2007, 8 de julio, pag 5. Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA 1 FARMACO 800 M€ 1 FARMACO=9 GUGGENHEIM Del Arco, S., “La industria farmacéutica estornuda”, El Pais Negocios, 2007, 8 de julio, pag 5. 30/03/2009 Juan J. Vaquero 46
    • Aplicaciones de la QUÍMICA en BIOMEDICINA QUIMICA BIOMEDICINA 47