High-Throughput Screening Identifies Novel Antileishmanial Scaffolds and Reveals Cross-Species Activity of Structurally Diverse Compounds

La leishmaniasis es una enfermedad causada por parásitos microscópicos que viven dentro de las células de los mamíferos, incluidos los humanos. Estos parásitos son transportados por la arena (mosca de la arena), y cuando las moscas pican, inyectan los parásitos en el torrente sanguíneo. Una vez dentro de una persona, los parásitos se esconden dentro de las células inmunitarias llamadas macrófagos, que normalmente combaten la infección. En lugar de ser destruidos, los parásitos convierten estas células en casas seguras donde se multiplican. Esta enfermedad causa una amplia gama de sufrimientos, desde llagas cutáneas dolorosas que pueden dejar cicatrices permanentes hasta una forma grave que ataca los órganos internos y puede ser fatal si no se trata. Actualmente, los médicos tienen muy pocos medicamentos para tratarla, y los que tienen a menudo causan efectos secundarios graves, tardan mucho tiempo en hacer efecto o se están volviendo menos efectivos a medida que los parásitos aprenden a resistirlos. Debido a que los parásitos se esconden tan bien dentro de las células humanas, encontrar nuevos tratamientos es como buscar una aguja en un pajar; un medicamento debe ser lo suficientemente fuerte como para matar al parásito sin dañar la célula humana en la que se esconde.

Para encontrar nuevas soluciones, un equipo de investigadores de la Universidad de Notre Dame y la Universidad de Kean recurrió a un método llamado cribado de alto rendimiento. Imagine una biblioteca que contiene miles de compuestos químicos diferentes, cada uno con una forma y estructura únicas. Los investigadores probaron una vasta colección de estos químicos para ver cuáles podían detener el crecimiento de los parásitos. No buscaron simplemente cualquier químico que matara al parásito; buscaron específicamente aquellos que pudieran matar al parásito dejando las células humanas ilesas. Este proceso es crucial porque un medicamento que mata al parásito pero también mata al paciente no es una cura. El equipo se centró en dos grupos específicos de químicos que parecían prometedores en pruebas anteriores, junto con algunos compuestos únicos y singulares que destacaron del resto.

Los investigadores probaron estos químicos contra los parásitos en diferentes etapas de su ciclo de vida. Algunas pruebas utilizaron la forma de vida libre del parásito, mientras que otras utilizaron la forma que se esconde dentro de las células humanas, que es la etapa que causa la enfermedad en las personas. También comprobaron qué tan tóxicos eran los químicos para las células humanas cultivadas en un laboratorio. A partir de este gran grupo, identificaron dos estructuras químicas principales que destacaron como las candidatas más prometedoras. Una estructura, llamada 1,4-diaril-pirazolo-piridinona, y otra llamada pirazolo-triazina, ambas mostraron la capacidad de matar a los parásitos de manera efectiva. La mejor versión de la primera estructura mató a los parásitos que se escondían dentro de las células humanas a una concentración muy baja, mientras que la mejor versión de la segunda hizo lo mismo, y ambas fueron seguras para las células humanas en esos niveles.

Sin embargo, encontrar un químico que funcione en un plato es solo el primer paso. Los investigadores necesitaban saber si estos químicos se comportarían bien dentro de un cuerpo vivo. Realizaron una serie de pruebas para ver cómo el cuerpo procesaría estos fármacos, como qué tan rápido el hígado los descompondría o qué tan bien se disolverían en agua. Los dos químicos principales se comportaron de manera muy diferente. Uno se disolvió fácilmente en agua pero fue descompuesto rápidamente por las células del hígado, lo que sugiere que podría necesitar ser modificado para permanecer más tiempo en el cuerpo. El otro era muy estable y probablemente permanecería en el cuerpo durante mucho tiempo, pero no se disolvía tan bien en agua, lo que podría dificultar su administración. Estas diferencias demostraron que, si bien ambos eran buenos puntos de partida, necesitarían diferentes tipos de mejoras para convertirse en medicamentos reales.

Para ver si estos químicos podían hacerse aún mejores, los investigadores crearon docenas de nuevas versiones, o análogos, de las dos estructuras principales. Realizaron pequeños cambios en la forma de las moléculas, como intercambiar una sola pieza de la estructura, para ver cómo afectaba su capacidad para matar al pará සිදු. Para la primera estructura, varias de las nuevas versiones funcionaron incluso mejor que la original, matando a los parásitos dentro de las células humanas de manera más efectiva y permaneciendo seguras para las células. Para la segunda estructura, algunas nuevas versiones se volvieron increíblemente poderosas, matando a los parásitos a niveles muy bajos, aunque algunas de estas versiones fuertes también se volvieron ligeramente más tóxicas para las células humanas. Este proceso demostró que ambas estructuras químicas podían ajustarse para mejorar su rendimiento.

El equipo también quería saber si estos químicos funcionarían contra diferentes tipos de parásitos que causan la enfermedad en diferentes partes del mundo. Probaron los químicos principales contra tres especies diferentes del parásito. Los resultados mostraron que, si bien los químicos funcionaban contra las tres, no eran igualmente fuertes contra cada una. Algunos funcionaban muy bien contra una especie pero eran más débiles contra otra. Este hallazgo es importante porque sugiere que un fármaco desarrollado para un tipo de parásito podría no funcionar perfectamente para otro, y los investigadores deben probar sus candidatos contra los tipos específicos de parásitos que se encuentran en diferentes regiones. También probaron los químicos contra un parásito diferente que causa una enfermedad relacionada, pero descubrieron que los químicos eran mucho menos efectivos contra él, lo que indica que estos nuevos fármacos son probablemente específicos para los parásitos que causan la leishmaniasis.

El estudio concluyó que estas dos estructuras químicas son excelentes puntos de partida para desarrollar nuevos medicamentos. Los investigadores no afirmaron haber encontrado una cura, sino más bien una base sólida sobre la cual construir. Demostraron que, al probar cuidadosamente cómo se comportan estos químicos en diferentes condiciones y al realizar cambios pequeños y precisos en su estructura, es posible crear compuestos que sean tanto potentes contra el parásito como seguros para el paciente. El trabajo destaca la importancia de probar los fármacos contra la forma específica del parásito que vive dentro de las células humanas y contra las diferentes especies que causan la enfermedad en todo el mundo. Al seguir este camino cuidadoso de prueba y refinamiento, los investigadores han proporcionado una dirección clara para el trabajo futuro que eventualmente podría conducir a tratamientos más seguros y efectivos para millones de personas que sufren esta enfermedad desatendida.