FACTORES IMPLICADOS EN EL PROCESO DE CRISTALIZACIÓN

Figura 1.3. Estructura de inhibidores de la cristalización para sales cálcicas: A. Estructura del pirofosfato. B. Estructura de los bisfosfonatos. C. Estructura del fitato. Estos tres compuestos son sustancias con grupos fosfato que poseen propiedades inhibidoras de la calcificación. La estructura de los bisfosfonatos presenta dos grupos fosfonato unidos a un carbono central (geminal) y dos cadenas adicionales, R1 y R2. La disposición de las dos cadenas laterales permite numerosas sustituciones y posibilita el desarrollo de análogos con diferentes propiedades farmacológicas.

En el remodelado óseo, los cristales de fosfato cálcico se forman sobre vesículas de matriz producidas previamente por los osteoblastos, las cuales actúan como nucleantes heterogéneos

[ANDERSON 2005;GRASES 2005B].

3.3. INHIBIDORES DE LA CRISTALIZACIÓN

Los inhibidores de la cristalización se pueden definir como todas aquellas sustancias que impiden o dificultan la formación de un determinado material cristalino por intervenir en una o varias de sus etapas de formación. El mecanismo de acción de los inhibidores de la cristalización es la unión o adsorción sobre la superficie del núcleo o cristal en desarrollo. Algunas sustancias que han demostrado actuar como inhibidores de la cristalización para sales cálcicas son el pirofosfato [FLEISCH 1962A;FLEISCH 1966], los bisfosfonatos [FLEISCH 1970;ROSENBLUM 1977] y el fitato [GRASES 1998;GRASES 2004]. Las propiedades inhibidoras del pirofosfato, los bisfosfonatos y el fitato se pueden explicar al observar sus estructuras (Figura 1.3), ya que presentan grupos fosfato con afinidad por los iones calcio de los cristales en formación. De esta manera, la adsorción de estos compuestos sobre la superficie de los núcleos y/o cristales cálcicos es capaz de impedir su posterior desarrollo.

Los primeros estudios sobre los inhibidores de la cristalización se remontan a la década de los 60, aunque desde la década de los 30 se sabía que pequeñas cantidades de polifosfatos eran capaces de inhibir la cristalización de sales cálcicas, como el carbonato cálcico, en aguas duras. En 1961

los fluidos fisiológicos como la sangre y la orina contenían determinadas sustancias (polifosfatos) que actuaban como inhibidoras de la calcificación y propusieron que compuestos de este tipo podían ser reguladores naturales del proceso de calcificación bajo condiciones fisiológicas [FLEISCH 1961]. Fleisch et al. demostraron que el pirofosfato inorgánico, un polifosfato natural producto de degradación de muchas reacciones fisiológicas, estaba presente en la sangre y la orina y que podía prevenir tanto la formación como la disolución de sales cálcicas adsorbiéndose sobre la superficie de los cristales recién formados [FLEISCH 1962B;FLEISCH 1966].Por ello, postuló que el pirofosfato podía ser una sustancia que, bajo condiciones fisiológicas, previniera la calcificación ectópica y regulara la mineralización del hueso. En consecuencia a estos resultados, se estudió el efecto del pirofosfato sobre las calcificaciones ectópicas en tejidos cardiovasculares, piel y riñón y se observó que tan sólo tenía efecto cuando se inyectaba. La administración oral de pirofosfato era inactiva debido a que se hidrolizaba en el tracto gastrointestinal [FLEISCH 1970].

En consecuencia, aparecieron los bisfosfonatos que son compuestos sintéticos con propiedades inhibidoras de la calcificación análogas al pirofosfato y que además, son resistentes a la hidrólisis cuando son administrados por vía oral [FLEISCH 1970]. Sin embargo, el paso más importante hacia el futuro uso de estos compuestos en humanos tuvo lugar cuando, al igual que el pirofosfato, se demostró que eran capaces de inhibir la disolución de sales cálcicas [FLEISCH 1969; RUSSELL 1970]. Posteriormente, una multitud de estudios demostraron que los bisfosfonatos eran capaces de inhibir la resorción ósea mediada por los osteoclastos [FLEISCH 1969; RUSSELL 1970; SCHENK 1973; SCHENK 1986]. Actualmente, la aplicación clínica de los bisfosfonatos se basa casi exclusivamente en su capacidad para inhibir la resorción ósea y por ello, son tratamientos efectivos para patologías óseas caracterizadas por una excesiva actividad de los osteoclastos, como son la enfermedad de Paget y la osteoporosis [DELMAS 1997;RUSSELL 1970].

Todos estos hallazgos, ponen en evidencia que existen determinadas sustancias (como el pirofosfato y los bisfosfonatos, inicialmente clasificadas como inhibidores de la cristalización) que han demostrado poseer la capacidad de inhibir tanto la disolución como la formación de cristales cálcicos. Y que, en consecuencia, algunas de estas sustancias podrían actuar como reguladoras del proceso de calcificación en el organismo.

Recientemente, se ha demostrado que el fitato, una sustancia natural con seis grupos fosfato, presenta una capacidad inhibidora extraordinaria sobre las cristalizaciones patológicas de sales cálcicas. El fitato es una molécula de peso molecular relativamente bajo que se encuentra en las semillas utilizadas en nuestra alimentación (como son cereales, legumbres y frutos secos) y que está presente en fluidos fisiológicos (sangre, orina, fluidos intersticiales e intracelulares) y tejidos de mamíferos en bajas concentraciones que dependen de su aporte exógeno [BUNCE 1993;FRENCH 1991;GRASES 1996A;GRASES 2001]. El fitato ha demostrado tener un efecto inhibidor en la litiasis renal oxalocálcica [GRASES 1991;GRASES 1994] y fosfatocálcica [GRASES 1996B;GRASES 2000], en la sialolitiasis [GRASES 2003] y en las calcificaciones subcutáneas [GRASES 2004;GRASES 2005C].

Figura 1.4. Ilustración de la nucleación homogénea: A. Etapas de formación de un núcleo homogéneo. B.

Mecanismo de acción de un inhibidor de la nucleación homogénea.

A fin de considerar con detalle el mecanismo de acción de los inhibidores de la cristalización, deben tenerse en cuenta las etapas fundamentales implicadas en cualquier proceso de cristalización:

nucleación, crecimiento cristalino y agregación.

4.1. NUCLEACIÓN

La nucleación implica la formación de una masa cristalina mínima capaz de seguir creciendo (núcleo) y es, sin duda, la etapa inicial y la más importante en el proceso de cristalización. Cabe destacar que en el seno de la disolución, las micropartículas chocan entre ellas y se agregan de manera que aquellos agregados de tamaño inferior a cierto valor crítico son inestables y se desintegran, en cambio aquellos de tamaño superior al crítico son estables y precipitan, formándose así, la partícula mínima capaz de seguir creciendo. La nucleación puede ser básicamente de dos tipos: homogénea y heterogénea.

4.1.1.NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA

En la nucleación homogénea, la partícula mínima está constituida por las mismas especies que van a constituir el futuro cristal. Este tipo de nucleación es un proceso difícil y poco probable que necesita una sobresaturación muy elevada. Los inhibidores de la nucleación homogénea serán aquellas sustancias capaces de unirse a las micropartículas de tamaño inferior al crítico, impidiendo que se forme la partícula mínima capaz de seguir creciendo (Figura 1.4B).