Siguiendo la pista al selenio: análisis de especiación química y su aplicación en estudios de metabolismo

¡Cómo pasa el tiempo! Hace más de un año y parece que fue ayer… tuve el placer de presentaros en el blog la Candidatura española finalista al Premio Internacional en Bioanálisis 2013. Como muchos recordaréis, gracias a vuestro inmenso apoyo, esta candidatura obtuvo felizmente la Mención de Honor para el Bioanálisis hecho en España.

Pues bien, uno de los cinco trabajos de investigación en bioanálisis que formaba parte de la candidatura, concretamente el titulado “Nuevas herramientas para el estudio del metabolismo del selenio”, ha sido galardonado con el XXV Premio San Alberto Magno de Química al Mejor Trabajo de Investigación y Desarrollo Tecnológico, otorgado por el Colegio Oficial de Químicos de Asturias y León y la Asociación de Químicos del Principado de Asturias. No os podéis imaginar la alegría que me llevé cuando me lo comunicaron… ¡Qué ilusión!

Discurso PSAM2013 - Dr. Justo GinerY todavía hay más… La alegría fue aún mayor cuando en el Acto Oficial de entrega de los Premios San Alberto Magno 2013 en el Auditorio Príncipe Felipe de Oviedo, tuve la oportunidad de disfrutar de una maravillosa ponencia del Prof. Dr. Carlos López Otín, Premio San Alberto Magno al Mérito Científico, y de la compañia de la Dra. Ana María Coto García, Premio San Alberto Magno a la Tesis Doctoral por su investigación sobre Química y Nanotecnología. ¡Mejor imposible!

Y… ¿en qué ha consistido esta investigación? Nuestro trabajo se ha centrado en el desarrollo de una metodología de análisis que permite seguir la pista al metabolismo del selenio de manera rápida y fiable, y sin la necesidad de utilizar isótopos radiactivos, evitando por tanto los problemas derivados de la radiación.

Esta investigación es fruto de la colaboración entre los químicos Bente Gammelgaard y Kristoffer Lunøe (un auténtico crack, al que veréis más abajo en una foto tomada momentos antes de una jornada maratoniana de bioanálisis) de la Universidad de Ciencias Farmacéuticas de Dinamarca, y el Grupo de Investigación de Espectrometría de Masas e Isótopos Estables enriquecidos de la Facultad de Química de Oviedo, dirigido por el Catedrático de Universidad Nacho García Alonso, donde realicé mi Tesis Doctoral. Los resultados de esta investigación han tenido una importante repercusión en el ámbito científico, siendo además numerosas las reseñas en publicaciones especializadas y medios de difusión y divulgación nacionales e internacionales.

Dr. Kristoffer Lunøe - DinamarcaPero… ¿por qué es importante seguir la pista al metabolismo del selenio? El selenio (Se) es un elemento químico esencial en los organismos vivos que puede estar presente en forma inorgánica (p.e. oxoaniones como selenito y selenato), así como en formas orgánicas (p.e. selenoaminoácidos). Con respecto a esta última familia de especies, el selenio forma parte de selenoproteínas (p.e. glutatión peroxidasa y selenoproteína P) en las que se incorpora como el aminoácido selenocisteína. Adicionalmente, el selenio se puede encontrar en proteínas por incorporación inespecífica de selenometionina, que sustituye a los residuos de metionina (p.e. selenoalbúmina). Este elemento es antioxidante y desempeña un papel biológico importante en la respuesta inmune del organismo. Además, se le atribuye un posible efecto protector frente a determinados tipos de cáncer. Sin embargo, en la actualidad, ni el mecanismo detrás de las propiedades anticancerígenas del selenio, ni su propio metabolismo general están completamente elucidados.

Las diferentes formas químicas en las que se puede encontrar el selenio en el organismo son de una importancia clave en los estudios de metabolismo y por tanto es necesaria la aplicación de técnicas de análisis que permitan, no sólo obtener información sobre la cantidad total de selenio en una muestra dada, sino también de las especies químicas individuales en las que el selenio se distribuye en dicha muestra, es decir, técnicas que permitan realizar estudios de especiación química del selenio.

Además, los estudios encaminados a clarificar el metabolismo del selenio necesitan la habilidad de trazar este elemento desde su administración hasta su excreción. Tradicionalmente, los estudios de metabolismo con trazadores de selenio, se han llevado a cabo utilizando el isótopo radiactivo de selenio-75. En los últimos años, la creciente popularidad de la espectrometría de masas con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS), ha acelerado el uso de isótopos estables para estudios de metabolismo.

Detección de Selenio por ICP-MS - Dr. Justo GinerEn la actualidad el ICP-MS es la técnica de análisis más utilizada como sistema de detección en las metodologías híbridas utilizadas para el análisis de especiación química, basadas en el acoplamiento de una técnica de separación poderosa (por ejemplo HPLC) con la detección por ICP-MS, lo que permite la determinación de compuestos que contengan o tengan asociado uno o varios heteroátomos medibles por ICP-MS (entendiendo por heteroátomo en un compuesto orgánico cualquier elemento distinto de C, O, H y N), en nuestro caso el selenio.

En este sentido, el selenio presenta seis isótopos estables y por tanto no radiactivos, con masas nominales 74, 76, 77, 78, 80 y 82, los cuales presentan unas abundancias isotópicas naturales de 0,89; 9,37; 7,63; 23,77; 49,61 y 8,73% respectivamente. Es de destacar la baja abundancia isotópica que presentan los isótopos estables de selenio 74 y 77 lo que los hace muy adecuados para su uso como trazadores (compuestos idénticos desde el punto de vista químico y funcional al compuesto natural, pero que pueden ser detectados específicamente por técnicas de espectrometría de masas), evitando de esta manera los riesgos derivados de la radiación.

Brevemente, la nueva metodología desarrollada se basa en la combinación de un procedimiento de marcaje isotópico doble, donde un trazador metabólico (77Se) se administra por vía oral y un segundo trazador (74Se) se emplea para cuantificar, junto con una nueva estrategia avanzada de tratamiento de datos utilizando regresión lineal múltiple, en la cual toda la información extraída del ICP-MS se trata simultáneamente, lo que permite el estudio rápido y fiable del metabolismo del selenio.

Nueva metodología de especiación química del selenio - Dr. Justo GinerLa técnica permite cuantificar mediante análisis por dilución isotópica ínfimas cantidades de selenio en sus diferentes formas químicas con una calidad inigualable (método primario de análisis, debido a su alta calidad metrológica). De esta manera, es posible obtener información cuantitativa sobre las especies químicas individuales en las que el selenio se distribuye en muestras biológicas, con el fin de resolver el mecanismo detrás de las propiedades anticancerígenas del selenio, e incluso su propio metabolismo general, que en la actualidad como se ha comentado, aún no están completamente elucidados. Además, esta metodología podría ser transferible a ensayos con humanos en la práctica clínica, dado que no se utiliza radioactividad.

Para finalizar, me gustaría compartir con todos vosotros el artículo de divulgación Siguiendo la pista al selenio: análisis de especiación química y su aplicación en estudios de metabolismo, publicado en la Revista del Colegio de Químicos de Asturias y León, al hilo de este premio.

Me despido utilizando las mismas palabras que pronuncié en el Acto Oficial de entrega de los Premios San Alberto Magno 2013 en el Auditorio Príncipe Felipe de Oviedo: «por último, me gustaría agradecer a título personal a mi familia por su apoyo incondicional y dedicar con mucho cariño este premio a los seguidores de la “La Química en el siglo XXI” que a través del blog, Facebook y Twitter, me permiten seguir disfrutando con la Química cada día».

¡Muchas gracias a todos!

Justo

«La Química en el siglo XXI» | Dr. Justo Giner Martínez-Sierra

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Nota: Este artículo participa en la XLI Edición del Carnaval de Química alojado en Cienciaonline.com y en la XXXIII Edición del Carnaval de Biología cuyo blog anfitrión es Consultoría y Educación Ambiental.

Referencia del trabajo premiado: Internal correction of spectral interferences and mass bias for selenium metabolism studies using enriched stable isotopes in combination with multiple linear regression“. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2012, 402, 2749-2763.

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Acerca de justoginer
Doctor en Química. Profesor de Universidad. Calidad, PRL y Asuntos Regulatorios. Divulgación y Popularización de la Ciencia en «La Química en el siglo XXI».

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