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De los explosivos al gas terapéutico:
el óxido nítrico en biología y medicina

A menos de dos meses de su muerte en diciembre de 1896, Alfred Nobel escribió la siguiente nota a uno de sus colegas: "¡No es una ironía del destino que me hayan recetado nitroglicerina para uso interno! Le llaman Trinitrina para no alarmar ni al farmacéutico ni al público". Nobel sufría ataques que se caracterizaban por un dolor intenso en el pecho conocido como angina pectoris (angina de pecho). Los médicos de aquella época sabían que la nitroglicerina, el ingrediente activo de la dinamita, proporcionaba un alivio eficaz. Por supuesto, la ironía radicaba en que el inventor e industrialista sueco había conseguido gran parte de su considerable fortuna a través del desarrollo y la fabricación de dinamita. Además, Nobel había descubierto, a partir de los experimentos realizados en su propio laboratorio, que la exposición a esta sustancia química causaba dolores de cabeza severos, por lo que se negó a tomarla para tratar su angina.

Aunque los científicos del siglo XIX comprendían por qué la nitroglicerina era un explosivo potente, desconocían por completo lo que la convertía en un tratamiento eficaz para la angina. De alguna forma, relajaba los músculos lisos que se encuentran alrededor de los vasos sanguíneos, permitiendo que los vasos se dilataran y pudiera llegar un mayor flujo de sangre al corazón. Por fin, a finales de la década de los 70, los investigadores consiguieron desvelar el misterio de la nitroglicerina al darse cuenta de que ésta sufría una serie de reacciones en el organismo para formar una molécula mensajera denominada óxido nítrico o NO.

Fuera del organismo, el óxido nítrico es un gas inestable potencialmente tóxico que se forma, por ejemplo, al caer un rayo o en tubos de escape de automóviles. Sin embargo, en su función de molécula mensajera, esta sustancia desempeña un importante papel regulador dentro del organismo. Las distintas células y tejidos envían y reciben mensajes que indican, por ejemplo, a las células musculares cuándo deben contraerse o a las células de grasa cuándo deben liberar sus reservas. Varios sistemas de mensajes regulan nuestra red de vasos sanguíneos para que puedan llevar sangre con oxígeno a los tejidos y órganos que más lo necesitan mientras que mantienen nuestra presión arterial a un nivel apropiado. Los distintos mensajeros dilatan o estrechan de forma selectiva los vasos sanguíneos para desviar el flujo sanguíneo en función de las necesidades del organismo como, por ejemplo, al tracto gastrointestinal después de una comida o a los músculos de movimiento en caso de una emergencia.

Angiograma en el que se observa una arteria coronaria de un corazón humano. (Curtis Green, M.D., University of Vermont Medical Center [Universidad del centro médico de Vermont])

 

El óxido nítrico es la sustancia principal del sistema de relajación más importante, lo que explica por qué la nitroglicerina ayuda a los pacientes con angina. Sin embargo, la importancia del NO no se limita a la angina. El NO inhalado se utiliza en bebés prematuros cuando los vasos sanguíneos de sus pulmones no absorben oxígeno adecuadamente. La aplicación local de medicamentos relacionados con el NO puede evitar que las células crezcan y bloqueen las arterias reparadas. Del mismo modo, los medicamentos que liberan NO en el lugar de una infección pueden ayudar a las células inmunes a destruir patógenos y células tumorales.

Como ocurre frecuentemente en la ciencia, el uso del NO en tan diversos tratamientos médicos se debió a una serie de observaciones casuales y situaciones imprevistas. Un siglo después de la muerte de Alfred Nobel, los premios que él fundó con su fortuna se concederían a tres investigadores que comenzaron a investigar los mecanismos de los sistemas de señales del organismo, trabajo que permitió comprender, en última instancia, cómo una sustancia química explosiva se podía utilizar también para aliviar el dolor causado por una enfermedad cardiovascular.


En la actualidad, es posible tratar las enfermedades circulatorias con mayor eficacia que en el siglo XIX ya que poseemos una gran cantidad de conocimientos acerca de la circulación de la sangre y los sistemas que controlan la dinámica de esa circulación. Sin embargo, existió una época en la que la mera idea de la circulación no se aceptaba. En el siglo II, el anatomista griego Galeno declaró correctamente que las arterias transportaban sangre y no aire; sin embargo, dejó atrás algunos conceptos erróneos en otras áreas, sugiriendo, por ejemplo, que el hígado era el órgano principal del sistema sanguíneo. Muchos de esos errores se corrigieron en De Motu Cordis (Acerca de los movimientos del corazón), un trabajo de gran importancia realizado por William Harvey y publicado en 1628. "¡Al igual que el rey es la autoridad principal y más alta del estado," declaró Harvey, "el corazón es el que rige todo el organismo!"

William Harvey (de pie) mostrando la estructura del corazón de un chivo al Rey Carlos I. (The Royal College of Physicians, Londres)

 

Sin embargo, una contribución aún más importante de De Motu Cordis fue la idea de Harvey de que la sangre circulaba. Para determinar la dirección del movimiento de la sangre hacia y desde el corazón, Harvey diseccionó y bloqueó una serie de vasos sanguíneos. Concluyó que un gran volumen de sangre salía del corazón hacia los tejidos. Esta cantidad de sangre no se generaba de nuevo en el corazón ni desaparecía como alimento en los tejidos, sino que debía fluir a los tejidos y, a continuación, volver al corazón formando un ciclo continuo.

Un siglo después, Stephen Hales, coadjutor en el pueblo inglés de Teddington, se dio cuenta de que el ciclo continuo de circulación de la sangre propuesto por Harvey variaba con el tiempo. En una serie de experimentos realizados con caballos, una oveja, una gama y varios perros, Hales definió el concepto de la presión arterial. Para su experimento principal, publicado en 1733, Hales insertó un pequeño tubo de latón en una de las arterias de una yegua y ajustó un tubo de cristal vertical de 9 pies (2,70 metros) de longitud al primer tubo. Debido a la presión de la circulación del caballo, la sangre subió por el tubo de cristal hasta una altura de 8 pies y 3 pulgadas (2,50 metros). Con los latidos (suponemos que rápidos) del corazón del caballo, la sangre ascendía y descendía de 2 a 4 pulgadas (de 5 a 10 centímetros). Hales advirtió que la presión máxima reflejaba el esfuerzo realizado por el corazón al contraerse, mientras que la presión mínima indicaba hasta qué punto los vasos sanguíneos del organismo resistían el flujo de sangre.

Representación de un artista del experimento del caballo de Hales donde la presión de la circulación del caballo hizo que la sangre subiera por el tubo de cristal. (Corbis – Bettman)

 

Hales también descubrió que si extraía sangre de los animales, la presión arterial disminuía. Sin embargo, ésta no era la única manera de alterar la presión arterial. Unos años antes, en 1727, un fisiólogo francés llamado Pourfois du Petit demostró que al cortar un nervio del cuello, uno de los vasos sanguíneos del ojo se dilataba; a éste le siguieron otros experimentos que demostraban la constricción de los vasos sanguíneos. A principios de los años 1800, los anatomistas averiguaron que los músculos lisos que se encuentran alrededor de los vasos sanguíneos se contraían o se relajaban en respuesta a las señales generadas por los distintos nervios, lo que hacía que los vasos sanguíneos se dilataran o contrajeran.

Gracias a las mejoras que se fueron incorporando durante el siglo XIX al aparato de cristal y latón de Hale, la medición de la presión arterial se convirtió en un proceso práctico. En 1854, el fisiólogo Karl von Vierordt de Tübingen, Alemania, se dio cuenta de que este mismo cálculo se podía realizar midiendo la cantidad de presión externa que era necesaria para detener el flujo sanguíneo. Vierordt diseñó un complejo sistema de pesas y palancas que, con el tiempo, dio lugar al tensiómetro. Tras varias mejoras, la versión moderna de este dispositivo se presentó en 1905, permitiendo a los médicos establecer una correlación entre la dilatación de los vasos sanguíneos y la disminución de la presión arterial. Aunque era evidente que el organismo mantenía un perfecto control sobre la presión arterial gracias, al menos en parte, a los nervios, existían aún algunos detalles de este proceso por descubrir.

Mientras que los avances en la comprensión del funcionamiento del sistema circulatorio siguieron un patrón más o menos lógico, no se puede decir lo mismo con respecto a la comprensión del tratamiento de la angina. A finales de los años 1700, varios médicos ingleses establecieron una correlación entre la angina que padecían una serie de enfermos vivos y la obstrucción de vasos sanguíneos que se detectó en las autopsias de esos mismos pacientes. A pesar de estos primeros hallazgos, fueron muchos los médicos de renombre de gran parte del siglo siguiente que relacionaron el dolor de pecho con la indigestión y trataron la angina con soda o yeso para aliviar la acidez estomacal. Ni siquiera la aceptación de que el corazón era el centro del problema ayudó mucho: en un artículo publicado en la edición del 27 de julio de 1867 del Lancet por T. Lauder Brunton, del hospital Royal Infirmary de Edimburgo, se catalogaba el coñac, el éter, el amoníaco y el cloroformo como posibles tratamientos de la angina. Según Brunton, en los pacientes tratados con cloroformo se detectó que el dolor desaparecía temporalmente, aunque éste volvía cuando los pacientes se recuperaban del "estupor parcial" producido por el cloroformo.

El verdadero descubrimiento de Brunton contenido en este artículo fue una sustancia conocida como nitrito de amilo que reducía tanto el dolor de angina como la presión arterial. Una serie de indicios le habían llevado a probar el nitrito de amilo. Ocho años antes, un químico, que había inhalado esta sustancia durante la realización de una serie de experimentos químicos rutinarios, informó que tras la inhalación había notado un enrojecimiento de la piel y que sus arterias y corazón latían con más fuerza. Brunton también sabía que el nitrito de amilo había conseguido dilatar los vasos sanguíneos del anca de una rana y que, de acuerdo con los experimentos de otros científicos, reducía la presión arterial en los humanos. Aunque Brunton iba bien encaminado, se equivocaba al creer que el nitrito de amilo actuaba relajando los vasos sanguíneos de todo el organismo. En realidad, el lugar en el que el nitrito de amilo ejerce su acción es en los vasos sanguíneos del corazón donde se ha producido un bloqueo.

Aunque el nitrito de amilo reduce los síntomas de la angina rápidamente, su efecto es de corta duración. En un intento por encontrar un tratamiento más seguro, los científicos comenzaron a analizar sustancias químicas relacionadas, entre las que se incluía la nitroglicerina. La nitroglicerina, inventada en 1846 por el químico italiano Ascanio Sobrero, era un líquido tan volátil que Sobrero, cuya cara quedó totalmente desfigurada por una explosión de nitroglicerina, pensó que era demasiado peligrosa para que fuese práctica. Sin embargo, en la década de los 60, Alfred Nobel encontró una manera para poder utilizarla con la suficiente seguridad en trabajos de construcción. Si se mezclaba la nitroglicerina con sílice, el líquido se convertía en una pasta que se podía modelar para su colocación en varillas explosivas. En 1867, Nobel patentó este material al que denominó dinamita. Doce años después, en 1879, William Murrell del Hospital de Westminster en Londres, Inglaterra, aprobó el uso de la nitroglicerina, diluida para evitar su explosión, como un remedio de mayor duración para la angina.

Para descubrir el modo en que la nitroglicerina actuaba en el organismo era necesario comprender el sistema de señales químicas existente entre las células y dentro de la célula en sí. Desde finales de la década de los 30, los científicos sabían que moléculas pequeñas como, por ejemplo, la adrenalina hormonal (conocida también como epinefrina) y la acetilcolina, una sustancia química de los nervios o neurotransmisor, transmitían los impulsos de los nervios. Estas moléculas actúan fuera de la célula combinándose con proteínas, llamadas receptores, que se encuentran en la superficie de la célula. Varios premios Nobel obtuvieron este reconocimiento por el descubrimiento de las funciones de estos primeros mensajeros, como se les conoce comúnmente. Sin embargo, durante algún tiempo, nadie supo cómo la activación por parte de estos mensajeros de un receptor situado en la superficie se convertía en actividad en la célula. Para ello, fue necesario el descubrimiento de lo que se conoce como segundo mensajero.

En 1957, Earl Sutherland y Theodore Rall de la Universidad de Western Reserve (ahora conocida como Universidad de Case Western Reserve) en Cleveland, Ohio, estaban realizando una serie de investigaciones sobre la adrenalina. La hormona, uno de los principales participantes en la reacción de defensa de lucha o fuga, viaja por la sangre como señal de un posible peligro inminente. Los investigadores deseaban saber cómo la adrenalina ordenaba a las células hepáticas que procesaran glucógeno, un tipo de energía almacenada, para fabricar la glucosa de azúcar (mucho más fácil de consumir). Para analizar la mecánica de la reacción celular a la adrenalina, Sutherland y Rall pusieron células hepáticas en un tubo y abrieron las células antes de añadir la adrenalina. Descubrieron, sin embargo, que al hacer esto la reacción se detenía. Las células abiertas, cuya membrana exterior estaba ahora separada del contenido de la célula, ya no producían glucosa en reacción a la adrenalina. Sin embargo, cuando los investigadores añadían adrenalina a la membrana exterior de la célula, que había sido separada del contenido interior de la célula, la adrenalina se unía a un receptor y provocaba la producción de un segundo mensajero químico. Sutherland y Rall identificaron este segundo mensajero como monofosfato cíclico de adenosina (cAMP). Al añadir cAMP al contenido interior de la célula se completaba el circuito de comunicación molecular y se activaba la producción de glucosa. Por éste y otro trabajo posterior, Sutherland recibió en 1971 el Premio Nobel en Fisiología y Medicina.

Al tomar la reacción de la adrenalina como punto de partida, Sutherland había descubierto la molécula, cAMP, que provocaba la reacción. Unos años después, desvió su atención a un problema que comenzaba en el otro lado de la ecuación. Aunque Sutherland conocía la estructura de monofosfato cíclico de guanosina, cGMP, una sustancia química relacionada con cAMP que se identificó en la orina en 1963, no podía encontrar ningún proceso en el organismo que utilizara cGMP como mensajero. Él y otros investigadores habían descubierto la existencia de una serie de hormonas que ordenaban a distintos tipos de células la producción de cAMP y que el efecto de una mayor producción de cAMP dependía de la célula de destino. Por ejemplo, al entrar en contacto con cAMP las células hepáticas producían glucosa, mientras que las glándulas salivares enviaban fluido fuera de la célula. Aunque las reacciones variaban, el segundo mensajero fue siempre cAMP y nunca cGMP.

A principios de los años 70, Ferid Murad comenzó a obtener algunos indicios acerca de la función de cGMP. En la década de los 60, Murad había colaborado con Sutherland en el estudio de cAMP antes de establecer su propio laboratorio en la Universidad de Virginia en Charlottesville para estudiar cGMP. Por el trabajo de Sutherland, Murad sabía que era necesaria una proteína de la membrana celular para producir cAMP, por lo que comenzó separando la proteína análoga, una enzima llamada guanil ciclasa (GC), involucrada en la producción de cGMP. Cuando estudiaba la producción de cGMP en las células hepáticas y cerebrales, Murad descubrió que la versión de GC de la membrana celular era diferente a la versión que flotaba en el interior de la célula. Para analizar las dos versiones de GC de forma aislada, Murad añadió algunas sustancias químicas para bloquear aquellas proteínas que pudiesen afectar a la producción de cGMP. Para su sorpresa, algunas de las sustancias químicas que añadió al tubo de ensayo activaron la GC, provocando que ésta produjera más cGMP. Al añadir las sustancias químicas a distintos tejidos, incluidos la tráquea y el intestino, las sustancias químicas no sólo activaron la GC (como en el tubo de ensayo) sino que también relajaron los músculos lisos de estos tejidos. Murad también descubrió que dilatadores conocidos como la nitroglicerina activaban la GC en el tubo de ensayo.

Murad descubrió que las sustancias químicas que activaron la GC tenían un punto en común: todas podían reaccionar para formar óxido nítrico (NO). En 1977, demostró que el NO activaba la GC y relajaba los músculos lisos. Dos años después, Louis Ignarro de la Universidad de Tulane en Nueva Orleans descubrió que al aplicar NO cerca de una arteria aislada se desencadenaba una reacción de relajación. ¿Era posible que el NO actuara como un mensajero en el organismo? El organismo producía adrenalina para desencadenar la producción de cAMP que, a su vez, desencadenaba la producción de glucosa, por lo que es posible que el organismo estuviera produciendo NO para desencadenar la producción de cGMP y la dilatación de los vasos sanguíneos.

La idea parecía increíble. El óxido nítrico, un contaminante del aire e irritante de los pulmones que se produce en los tubos de escape de los automóviles o al caer un rayo, podía causar combustiones químicas. Era evidente que el organismo reaccionaba al NO, pero sin duda no era una sustancia que el organismo utilizara normalmente. Por muy absurda que fuera, la idea resultaría ser correcta, aunque habrían de pasar varios años antes de que la prueba final fuese aceptada.

Entretanto, fueron apareciendo nuevos indicios. Uno de los problemas que Robert Furchgott de la Universidad del Estado de Nueva York (SUNY) en Brooklyn se propuso resolver en los años 50 fue descubrir cómo se producía la dilatación de los vasos sanguíneos a nivel molecular. Furchgott tomó como punto de partida el neurotransmisor acetilcolina, del que se sabía que dilataba los vasos sanguíneos al ser inyectado en animales. Presumiblemente, la acetilcolina ordenaba a las células musculares que se encuentran alrededor de los vasos sanguíneos que se relajaran, aumentando así el diámetro de los vasos sanguíneos. Para saber qué procesos se producían entre la acetilcolina y la dilatación, Furchgott trató de reproducir la reacción de acetilcolina en el laboratorio, para lo que utilizó tiras aisladas de vasos sanguíneos y los músculos circundantes. Un alargamiento de las tiras indicaría que los músculos se estaban relajando y, en consecuencia, que los vasos sanguíneos se estaban dilatando. Sin embargo, al aplicar la acetilcolina, observó que las tiras se acortaban (contracción del músculo en lugar de relajación). Éste fue un problema que durante algún tiempo Furchgott dejó aparcado.

Varios años después, Furchgott decidió realizar un experimento para determinar la capacidad relativa de varias sustancias químicas para actuar como agentes relajantes de los vasos sanguíneos. Para que Furchgott pudiese observar los efectos relajantes de los tres agentes que estaba investigando, se decidió utilizar carbacol, una sustancia química relacionada con acetilcolina (que en experimentos anteriores realizados por Furchgott se había demostrado que era un agente de contracción), para contraer las muestras de vasos sanguíneos.

Furchgott diseñó un protocolo detallado para su asistente, David Davidson, que comenzaba con la realización de una serie de pruebas para comprobar que el tejido reaccionaba correctamente. En primer lugar, se debía realizar una contracción de prueba con el neurotransmisor norepinefrina, a continuación un lavado con una solución salina para eliminar la norepinefrina y, por último, una segunda contracción de prueba con carbacol. Tras realizar un nuevo lavado para eliminar el carbacol, comenzaría el experimento real. El experimento fue planeado para el 5 de mayo de 1978. Sin embargo, Davidson olvidó realizar el primer lavado y añadió carbacol a la muestra de vaso sanguíneo, aún contraído por la norepinefrina, por lo que, en vez de contraerse aún más, el vaso sanguíneo se relajó.

En otras ocasiones anteriores, Furchgott había añadido acetilcolina o carbacol a vasos sanguíneos tratados con distintas sustancias químicas y sólo había observado que se producía una contracción. La única diferencia que existía en el procedimiento experimental era que esta vez se estaban utilizando anillos de vasos sanguíneos en vez de tiras. En experimentos adicionales, Furchgott tomó anillos, que se habían relajado en pruebas preliminares con acetilcolina, los cortó en tiras y probó nuevamente las tiras con acetilcolina. Para su desesperación, algunas de estas tiras continuaron relajándose, mientras que otras se contrajeron. Furchgott observó que las tiras que se habían contraído eran aquellas que al cortarlas se habían enroscado, siendo necesario manipularlas. Quizá dicha manipulación había causado algún daño.

Sin duda alguna, al frotar la superficie interior de cualquiera de las tiras se eliminaba su capacidad para relajarse al añadir acetilcolina. Furchgott reconoció que el método utilizado para preparar las tiras, siempre estiraba la superficie de corte sobre su dedo para apartarla, eliminaba algo esencial.

En 1980, Furchgott demostró experimentalmente que lo que faltaba eran las células endoteliales, que forman el revestimiento de los vasos sanguíneos. Al juntar como si fuera un sandwich dos vasos sanguíneos, uno con células endoteliales y otro sin ellas, ambas tiras se relajarían en reacción a la acetilcolina. La acetilcolina parecía ordenar a las células endoteliales que produjeran un segundo mensajero, al que Furchgott llamó factor de relajación derivado del endotelio o EDRF. A continuación, el EDRF provocaba la relajación de las células musculares que rodeaban a ambas tiras.

Aunque Furchgott sabía que el EDRF existía, no pudo aislarlo ni identificarlo. Por el momento, simplemente se definió como la sustancia producida por el tratamiento con acetilcolina de las células endoteliales. Mientras tanto, el NO continuaba siendo para los científicos una sustancia química independiente y una rareza médica. ¿Por qué tendría el organismo un sistema para reaccionar a este gas?

El descubrimiento del EDRF hizo que las investigaciones aumentaran súbitamente, con numerosos grupos de investigación de todo el mundo contribuyendo en la búsqueda de la identidad de este factor. Sin embargo, hicieron falta seis años de intensa investigación para descubrir que EDRF y NO eran una misma sustancia. De 1980 a 1986, el número de informes que reflejaban las similitudes entre ambas sustancias iba aumentando de forma gradual. Desde la perspectiva actual, esto podría parecer una acumulación de datos inevitable, sin embargo en aquel momento la situación era bastante confusa. El NO es un radical libre extremadamente reactivo, el resultado de la existencia de un electrón no apareado en la órbita externa de la molécula. Esta alta reactividad hizo que los científicos que intentaban centrarse en el EDRF, alteraran muchas veces sin darse cuenta los niveles de NO al intentar detener otros procesos moleculares, lo que llevaba a los investigadores a la conclusión errónea de que estos otros procesos eran los responsables de la producción de EDRF. Además, el NO por sí solo no parecía ser un buen candidato para actuar como mensajero celular. Por ejemplo, al unirse con oxígeno provoca la formación de dióxido de nitrógeno (NO2), un gas corrosivo que se convierte fácilmente en ácido nítrico. (Observe que NO y NO2 son diferentes del óxido nitroso o N2O, el "gas hilarante" utilizado por los dentistas como anestésico.) Ninguna molécula de señalización biológica conocida hasta entonces era un radical libre, y menos un radical que era un gas tóxico.

Sin embargo, no dejaban de descubrirse nuevas coincidencias. Para comenzar, tanto el EDRF como el NO causaban la dilatación de los vasos sanguíneos mediante la activación de la GC. Ésta y otras evidencias llevaron a Ferid Murad a proponer en 1986 que el EDRF se podía considerar un "nitrato endógeno". Los experimentos decisivos que permitieron identificar el EDRF como NO fueron llevados a cabo de forma independiente por Ignarro en Tulane y la Universidad de California, Los Ángeles, por Furchgott en SUNY y por Salvador Moncada en los Laboratorios Wellcome Research en Beckenham, Inglaterra. Los tres investigadores descubrieron que tanto el NO como el EDRF se descomponían en cuestión de segundos, se estabilizaban en las mismas condiciones y se desactivaban mediante el mismo grupo de tratamientos químicos. Además, Ignarro descubrió que el NO y el EDRF sufrían las mismas reacciones al entrar en contacto con una sustancia química compleja, hecho que sería improbable a menos que el NO y el EDRF fueran idénticos. Por todo esto, se identificó el EDRF químicamente como NO.

El neurotransmisor u hormona se une a los receptores situados en las células endoteliales que revisten la arteria, que reaccionan liberando óxido nítrico. Las moléculas de NO se desplazan del endotelio a las células musculares lisas donde activan una enzima, la guanil ciclasa (GC). La GC convierte el trifosfato de guanosina en monofosfato cíclico de guanosina (cGMP). Tras una serie de reacciones celulares (triángulos amarillos), las células musculares lisas se relajan (flechas turquesa y blanca) y el vaso sanguíneo se dilata. (Ilustración de John W. Karapelou, © 1998)

En julio de 1986, Ignarro y Furchgott presentaron sus resultados ante una audiencia escéptica en una conferencia celebrada en la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota. Ignarro pensaba que "ninguna persona" de las presentes en aquella conferencia les había creído, sin embargo cuando se publicaron los datos en 1987 y 1988, la opinión se puso de su lado. Moncada zanjó la discusión con un importante artículo publicado en 1987. En este artículo al que se ha hecho referencia frecuentemente, Moncada demostró claramente que el NO era producido por células endoteliales. Primero, calculó la cantidad de NO producido por un conocido relajante (bradicinina) que actúa sobre células endoteliales cultivadas. A continuación, añadió exactamente esa cantidad de NO a un vaso sanguíneo y demostró que el NO añadido podía causar una reacción de relajación completa. Por lo tanto, las acciones de NO podían explicar las acciones del EDRF. En un comentario adjunto al artículo de Moncada se describían estos hallazgos como "la culminación de una de las sagas más interesantes en la fisiología y farmacología vascular".

La teoría de que el EDRF y el NO eran la misma sustancia fue respaldada por los descubrimientos realizados al mismo tiempo por otros grupos de investigación a principios de los años 80. Por ejemplo, en 1981, Ignarro descubrió que el NO evitaba que las células sanguíneas llamadas plaquetas se agruparan formando un coágulo. Por lo tanto, el NO evitaba que los vasos sanguíneos se bloquearan de dos formas distintas: dilatando el vaso sanguíneo e impidiendo cualquier proceso de coagulación. El descubrimiento de una segunda reacción al NO hizo menos probable que el primero (relajación de vasos sanguíneos) fuera sólo una casualidad.

La teoría de que el NO es un mensajero biológico y no sólo una sustancia química frente a la que el organismo reacciona, se vio fortalecida por un descubrimiento realizado ese mismo año por Steven Tannenbaum del Massachusetts Institute of Technology (MIT) en Cambridge. Él y sus colegas descubrieron que los ratones a los que se les había purgado de bacterias intestinales (que pueden producir sustancias químicas relacionadas con NO) todavía producían y excretaban nitrato (NO3), un producto excrementicio lógico si el organismo está produciendo NO. En un trabajo anterior, Tannenbaum había demostrado que los niveles de nitrato en orina en humanos aumentaban drásticamente cuando existía una infección. Por su parte, Michael Marletta, que por aquel entonces trabajaba en MIT, descubrió en 1985 que las células inmunes llamadas macrófagos producían nitrato cuando se enfrentaban a una molécula tóxica de una bacteria. Un análisis más profundo realizado por Marletta y John Hibbs en la Universidad de Utah demostró que los macrófagos estaban produciendo NO, lo que ayudaba a matar cualquier bacteria invasora antes de que se descompusiera rápidamente para formar nitrito (NO2) y nitrato. Finalmente, en 1988, John Garthwaite de la Universidad de Liverpool, Inglaterra, descubrió que una molécula mensajera del cerebro llamada glutamato provocaba que las células de los nervios liberaran una sustancia química que guardaba sorprendentes similitudes con el EDRF. La sustancia química, que resultó ser NO, provocaba que las células próximas liberaran sus propios mensajeros nerviosos con múltiples y distintos efectos.

Poco a poco fueron desapareciendo las objeciones a la función asignada al NO. El gas se producía en las células en cantidades tan pequeñas y se descomponía tan rápido que no resultaba tóxico; al ser las concentraciones tan bajas, el NO no reaccionaba para formar el dióxido de nitrógeno tóxico. De hecho, algunas de las características del NO lo convertían en una sustancia extremadamente útil para actuar como mensajero. Dado que el NO se mueve fácilmente de las células endoteliales a las células musculares de destino y dado que se descompone rápidamente, el sistema de relajación del organismo puede reaccionar rápidamente a un entorno en continuo cambio.

Sin embargo, para entender completamente cómo cambiaba el sistema, los científicos aún tenían que encontrar la proteína que producía el NO. Un primer indicio se podía encontrar en un trabajo anterior realizado por Hibbs y Marletta, que se encontraban por entonces en la Universidad de Michigan, en el que demostraban que los macrófagos producían nitrito y nitrato a partir del aminoácido l-arginina. En 1988, Moncada completó el círculo al demostrar que los vasos sanguíneos producían NO a partir de la l-arginina. Ahora el objetivo era aislar la enzima proteica que convertía a la l-arginina en NO. En 1990, David Bredt y Solomon Snyder de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, fueron los primeros en extraer una muestra activa pura de la versión de la proteína producida en el cerebro, llamada sintetasa de óxido nítrico del cerebro (bNOS o NOS-1). Al año siguiente clonaron el gen que codificaba a la bNOS. Otros científicos investigaron proteínas relacionadas que también podían producir NO, incluidas una versión de las células endoteliales que revisten los vasos sanguíneos (eNOS o NOS-3) y otra que se activa o genera en los macrófagos en caso de infección (iNOS o NOS-2). La importancia del NO era evidente para todos.

El uso de terapias con NO o relacionadas con NO se ha extendido a medida que los investigadores han ido adquiriendo nuevos conocimientos acerca del funcionamiento del NO en los sistemas circulatorio, inmunológico y nervioso. Las diversas funciones del NO también implican que los medicamentos más eficaces sean aquellos que sólo son activos allí donde es necesario. Por esta razón, el uso de NO inhalado en bebés prematuros con hipertensión pulmonar persistente ha sido un éxito ya que el NO sólo se aplica al lugar adecuado, los vasos sanguíneos de los pulmones prematuros que necesitan ayuda para absorber oxígeno.

Otra terapia relacionada con el NO que ha tenido gran éxito es el medicamento para la impotencia Viagra. Al desactivar una enzima que destruye el cGMP, Viagra mantiene la señal de cGMP por más tiempo en los músculos peneanos y dilata los vasos sanguíneos. El desarrollo de Viagra para tratar la impotencia es el resultado de un trabajo anterior de Ignarro, que demostró que el NO es el neurotransmisor que causa la erección peneana.

Otra manera de obtener una acción selectiva consiste en producir medicamentos que sólo desactiven una versión de NOS. Por ejemplo, los medicamentos que desactivan iNOS (NOS-2), la versión producida en los macrófagos, se podrían utilizar para enfermedades inflamatorias y autoinmunes. Los medicamentos que desactivan el bNOS (NOS-1), producido en las células cerebrales, se podrían utilizar para reducir la muerte celular y los daños cerebrales que se producen cuando el cerebro libera un exceso de NO ante una lesión o falta de oxígeno provocada por una embolia cerebral. Ambos tipos de medicamentos deben evitar la desactivación de eNOS (NOS-3), de forma que la presión arterial y el flujo de la sangre a los tejidos no se vean afectados.

En los años 90, se esperaba de forma generalizada la concesión del Premio Nobel por el descubrimiento del EDRF y el óxido nítrico como importantes mensajeros del organismo. Entre los nombres que se barajaban como posibles ganadores del premio estaban Furchgott, Ignarro, Moncada y Murad. De acuerdo con la limitación que impide que más de tres personas compartan el premio, el 10 de diciembre de 1998, la Fundación Nobel decidió conceder a Furchgott, Ignarro, y Murad el Premio Nobel en Fisiología y Medicina por su participación en la aclaración de la historia del NO.

Ganadores del Premio Nobel de 1998 en Fisiología y Medicina, Robert Furchgott, Louis Ignarro y Ferid Murad. (La Fundación Nobel)

A continuación se muestra la serie cronológica de eventos que llevaron a la comprensión del óxido nítrico en sistemas biológicos y el desarrollo de algunos de sus usos médicos.

1628
William Harvey establece que la sangre circula.

1733
Stephen Hales mide la presión arterial.

1846
Ascanio Sobrero sintetiza la nitroglicerina explosiva.

1854
Karl von Vierordt realiza la primera medición indirecta de la presión arterial.

1879
William Murrell establece la nitroglicerina como tratamiento para la angina.

1977
Ferid Murad descubre que el NO aumenta la actividad de la guanil ciclasa y relaja los músculos lisos.

1979
Louis Ignarro aplica NO a una solución próxima a una arteria y obtiene una reacción de relajación.

1980
Robert Furchgott descubre que el endotelio libera un factor (EDRF) que relaja los vasos sanguíneos.

1981
Ignarro descubre que el NO inhibe la aglomeración de las plaquetas y aumenta el cGMP.

1981
Steven Tannenbaum determina que los mamíferos producen nitrato.

1983
Murad, y posteriormente otros investigadores, descubren que la relajación de los vasos sanguíneos está asociada al aumento de cGMP.

1985
Michael Marletta detecta nitrato y nitrito inorgánico producidos por macrófagos de ratones.

1986
En una conferencia, Ignarro y Furchgott especulan de forma independiente que el EDRF es NO.

1987
Salvador Moncada e Ignarro publican de forma independiente la evidencia química de que el EDRF es NO.

1987
John Hibbs y Michael Marletta descubren que la arginina aumenta la formación de nitrito y nitrato en macrófagos.

1988
Moncada descubre que el NO se produce a partir de la l-arginina.

1988
John Garthwaite detecta NO producido por células de nervios.

1991
David Bredt y Solomon Snyder clonan bNOS.

1998
Se concede el Premio Nobel en Fisiología y Medicina a Furchgott, Murad e Ignarro.

"From Explosives to the Gas That Heals" [De los explosivos al gas terapéutico] ha sido elaborado por el escritor científico William Wells con la colaboración de los doctores David Bredt, Robert Furchgott, Louis Ignarro, Michael Marletta, Ferid Murad, Solomon Snyder, Steven Tannenbaum y Sir John Vane para Beyond Discoveryâ: The Path from Research to Human Benefit [Más allá del descubrimiento: El camino desde la investigación hasta el beneficio humano], un proyecto de la National Academy of Sciences (Academia Nacional de las Ciencias).

La Academia, con sede en Washington, D.C., es una sociedad de distinguidos eruditos comprometidos con la investigación científicas y de ingeniería, dedicada al uso de la ciencia y la tecnología para el bienestar común. Durante más de un siglo, la Academia ha proporcionado asesoramiento científico objetivo e independiente a la nación.

Este artículo ha sido financiado con fondos de la organización Camille and Henry Dreyfus Foundation y la Academia Nacional de las Ciencias.

© 2000 de U.S. National Academy of Sciences, mayo de 2000

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