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9: Metales en Medicina

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    Los iones metálicos son necesarios para muchas funciones críticas en humanos. La escasez de algunos iones metálicos puede conducir a enfermedades. Ejemplos bien conocidos incluyen anemia perniciosa resultante de deficiencia de hierro, retraso del crecimiento derivado de la insuficiencia de zinc dietético y enfermedades cardíacas en lactantes debido a la deficiencia de cobre. La capacidad de reconocer, comprender a nivel molecular y tratar enfermedades causadas por una función inadecuada de los iones metálicos constituye un aspecto importante de la química bioinorgánica medicinal.

    Los iones metálicos también pueden inducir toxicidad en humanos, siendo ejemplos clásicos los venenos de metales pesados como el mercurio y el plomo. Incluso los iones metálicos esenciales pueden ser tóxicos cuando están presentes en exceso; el hierro es un veneno doméstico común en Estados Unidos como resultado de la ingestión accidental, generalmente por parte de niños, del suplemento dietético sulfato ferroso. Comprender la bioquímica y la biología molecular de los mecanismos de desintoxicación natural, y diseñar y aplicar agentes quelantes específicos de iones para tratar sobrecargas metálicas, son dos componentes de un segundo aspecto importante de la nueva ciencia que está evolucionando en la interfaz de la química bioinorgánica y la medicina.

    Menos conocido que el hecho de que los iones metálicos son requeridos en biología es su papel como productos farmacéuticos. Dos fármacos principales basados en metales que no tienen función biológica natural conocida, Pt (cisplatino) y Au (auranofina), son ampliamente utilizados para el tratamiento de tumores genitourinarios y de cabeza y cuello y de artritis reumatoide, respectivamente. Además, los compuestos de iones metálicos radiactivos como 99m Tc y los complejos de metales paramagnéticos como Gd (III) están ahora en uso generalizado como agentes de imagen para el diagnóstico de enfermedades. Muchos pacientes ingresados durante la noche en un hospital en Estados Unidos recibirán una inyección de un compuesto de 99m Tc con fines de radiodiagnóstico. Sin embargo, a pesar del éxito evidente de los complejos metálicos como agentes diagnósticos y quimioterapéuticos, pocas compañías farmacéuticas o químicas tienen serios programas de investigación internos que aborden estos importantes aspectos bioinorgánicos de la medicina.

    Este capítulo introduce tres amplios aspectos de los metales en medicina: los requerimientos nutricionales y las enfermedades relacionadas con ellos; los efectos tóxicos de los metales; y el uso de metales para el diagnóstico y la quimioterapia. Cada área se discute en forma de encuesta, con atención a aquellos problemas para los que existe información química sustancial. Dado que solo existe una comprensión primitiva a nivel molecular de los mecanismos bioquímicos subyacentes para la mayoría de los temas, este campo es un área fronteriza importante de la química bioinorgánica. El enfoque principal de este capítulo está en el medicamento anticancerígeno de platino cisplatino, el cual se presenta como un estudio de caso que ejemplifica el alcance del problema, la variedad de metodologías empleadas y los avances que se pueden lograr en la comprensión de las bases moleculares de un solo, aunque espectacular, complejo metálico utilizado en medicina hoy en día.

    II. Deficiencia de metales y enfermedades 1

    1. Metales Esenciales

    2. Anemia y Hierro 2

    3. Causas y consecuencias de la deficiencia de zinc 4-6

    4. Deficiencia de Cobre 7

    5. Resumen

    VI. Restrospectivo

    Los temas tratados en este capítulo están ayudando a expandir la química bioinorgánica de un tema que surgió principalmente del análisis espectroscópico de centros metálicos en proteínas, porque eran grupos funcionales excepcionalmente convenientes, a una disciplina donde el conocimiento fundamental sobre las funciones del metal y el la aplicación de metales como agentes diagnósticos y quimioterapéuticos están haciendo importantes contribuciones a la medicina. Como se pretende demostrar el estudio de caso del cisplatino, los avances en la comprensión de cómo funcionan los metales en la quimioterapia solo se pueden lograr mediante los esfuerzos combinados de muchas disciplinas, incluyendo química sintética y física inorgánica y orgánica, biología molecular y celular, inmunología, farmacología, toxicología, y medicina clínica. Aunque aún no hemos llegado al día en que los agentes quimioterapéuticos puedan diseñarse racionalmente a partir del conocimiento de un mecanismo molecular, tal concepto no parece tan descabellado. Si nada más, el conocimiento de los procesos bioinorgánicos fundamentales relacionados con las interacciones metal-macromolécula seguirá creciendo enormemente a través de los esfuerzos para lograr este objetivo final.

    VII. Referencias

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    162. Agradezco a la Fundación Alexander von Humboldt por un Premio Científico Senior de Estados Unidos, al Instituto Tecnológico de Massachusetts por el tiempo de licencia sabática, y a los doctores W. Herrmann y K. Wieghardt por su amable hospitalidad, todos los cuales fueron esenciales para la elaboración del primer borrador de este capítulo durante la primavera de 1988. Agradezco mucho la ayuda de los siguientes individuos: A. Davison, por proporcionar la Figura 9.2, y D. L. Bancroft, S. F. Bellon, S. L. Bruhn, J. N. Burstyn, K. M. Comess, G. B. Jameson, C. A. Lepre, y J. T. Toney por comentar críticamente el manuscrito. También agradezco a M. Mason por escribir el primer borrador.

    Colaboradores y Atribuciones

    • Stephen J. Lippard (Instituto Tecnológico de Massachusetts, Departamento de Química)

    Miniatura: Cisplatino,\(PtCl_2(NH_3)_2\) Un átomo de platino con cuatro ligandos. Imagen utilizada con permiso (Dominio Público; Benjah-BMM27).

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