El elemento actinio se descubrió por primera vez a principios del siglo XX, pero incluso ahora, casi 125 años después, los investigadores todavía no comprenden bien la química del metal. Esto se debe a que el actinio sólo está disponible en cantidades muy pequeñas y se requieren instalaciones especiales para trabajar con el material radiactivo. Pero para mejorar los tratamientos contra el cáncer emergentes que utilizan actinio, los investigadores necesitarán comprender mejor cómo interactúa el elemento con otras moléculas.
En un nuevo estudio dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía, los investigadores prepararon cristales que contienen actinio y estudiaron la estructura atómica del compuesto. Si bien los elementos a menudo se comportan como sus primos más ligeros en la tabla periódica, los investigadores se sorprendieron al descubrir que el actinio se comportaba de manera diferente a su contraparte, el lantano, de lo previsto.
“Estos elementos se utilizan para todo, desde la energía nuclear hasta la medicina y la seguridad nacional, pero si no sabemos cómo se comportan, detenemos el crecimiento”. I Comunicaciones de la naturaleza y químico en el Laboratorio de Berkeley. “Vemos que este trabajo es realmente importante para comprender la complejidad de estos elementos radiactivos, porque en muchos casos, usar sus sustitutos no es suficiente para comprender su química”.
Un área de interés es el uso de un isótopo de actinio (actinio-225) en un método de tratamiento del cáncer llamado terapia alfa dirigida (TAT), que se ha mostrado prometedor en ensayos clínicos. El método TAT utiliza sistemas de administración biológica, como péptidos o anticuerpos, para administrar el material radiactivo al sitio del cáncer. Cuando el actinio se descompone, libera partículas energéticas que viajan distancias cortas, destruyendo las células cancerosas cercanas pero preservando el tejido sano más lejos.
“El objetivo es diseñar mejores sistemas de administración para llevar actinio a células específicas y mantenerlo allí”, dijo Rebecca Abergel, profesora asociada de ingeniería nuclear y química de UC Berkeley que dirige el grupo de química de elementos pesados en el Laboratorio de Berkeley. “Si podemos diseñar una proteína para que se una al actinio con una afinidad realmente alta y combinarla con un anticuerpo o actuar como una proteína objetivo, es realmente posible desarrollar radiofármacos que permitan nuevos enfoques”.
Los investigadores utilizaron un nuevo método para hacer crecer cristales utilizando sólo 5 microgramos de actinio puro, aproximadamente una décima parte del peso de un grano de sal e invisible a simple vista. Primero purificaron el actinio mediante un complejo proceso de filtración que eliminó otros elementos e impurezas químicas. Luego unieron el actinio a una molécula que atrapa metales llamada ligando y envolvieron el paquete dentro de una proteína aislada y purificada por el equipo de Roland Strong en el Centro de Cáncer Fred Hutchinson, un “andamio macromolecular”. Los cristales, cultivados durante una semana dentro del Laboratorio de Investigación de Elementos Pesados, luego se crioenfriaron en nitrógeno líquido y se iluminaron con rayos X en la Fuente de Luz Avanzada (ALS) del Laboratorio Berkeley. Los rayos X revelaron la estructura tridimensional del compuesto y mostraron cómo el actinio interactúa con los átomos circundantes. Esta es la primera estructura de rayos X monocristalina reportada para actinio.
“He estado trabajando en cristalografía durante 40 años y he visto muchas cosas, y el método que está utilizando el equipo es único y proporciona esos detalles”, dijo Mark Allier, un científico molecular del Laboratorio de Berkeley. en el pasado.” División de Biofísica y Bioimagen Integrada y jefe del equipo del Centro Berkeley de Biología Estructural en ALS. “Hasta donde yo sé, Berkeley Lab es el único lugar en el mundo donde hacemos este tipo de estudio y medimos cristales de proteínas radiactivas”.
En este trabajo, los científicos utilizaron actinio-227, el isótopo más longevo del elemento. Los estudios futuros buscarán actinio-225 (el isótopo preferido para la terapia alfa dirigida) para buscar otros cambios en la forma en que se une el metal. Los investigadores también están interesados en combinar actinio con diferentes proteínas para aprender más sobre la estructura que forma.
“Esta es una ciencia muy básica que forma parte de nuestro programa central para comprender la química de los elementos pesados”, dijo Aberjal. “Hemos logrado un método experimental verdaderamente desafiante desde el punto de vista técnico que traspasa los límites de la química isotópica y nos permite obtener una mejor comprensión de este elemento. Con suerte, esto nos permitirá a nosotros y a otros desarrollar mejores sistemas, lo cual es útil para la terapia alfa dirigida”.
Advanced Light Source es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
