Sintetizados en el hígado, los ácidos biliares desempeñan diversas funciones en la digestión y el metabolismo. Sin embargo, cuando sus procesos se alteran, pueden ocurrir enfermedades. Los científicos buscan tecnologías avanzadas para comprender mejor estos metabolitos y su influencia en la salud.
En este foco de innovación, Thomas Horvathquímico analítico de la Facultad de Medicina de Baylor, y pablo panaderocientífico de lipidómica y metabolómica de SCIEX, explora las complejidades de la investigación de los ácidos biliares y su efecto potencial en la salud humana con Amy Engevikbiólogo celular de la Universidad Médica de Carolina del Sur, Maxim Seferovicbiólogo molecular de la Facultad de Medicina de Baylor, y Donald Chacedirector de laboratorio de Capitainer Inc. Aquí, estos expertos comparten sus conocimientos sobre las complejidades bioquímicas, los desafíos analíticos y el potencial de diagnóstico de los ácidos biliares en las enfermedades humanas.
Dr. Thomas Horvath
Profesor asistente
Departamento de Patología
Facultad de Medicina de Baylor
Centro de microbioma del Texas Children’s Hospital
¿Qué son los ácidos biliares?
Tomás Horvath: Los ácidos biliares son compuestos derivados del colesterol esenciales para digerir los lípidos y regular las vías metabólicas. Atraviesan un circuito bioquímico conocido como circulación enterohepática, moviéndose desde el hígado hasta el intestino, donde sufren transformaciones a través de interacciones microbianas y con el huésped, lo que da como resultado una gama compleja de metabolitos. Este intrincado proceso permite que los ácidos biliares funcionen más allá de la digestión como reguladores metabólicos. Sin embargo, las interrupciones en este circuito pueden provocar enfermedades gastrointestinales, lo que hace que los ácidos biliares sean un foco crítico en la investigación médica.
¿Por qué es importante el análisis de los ácidos biliares para comprender la salud humana?
Tomás Horvath: Las alteraciones en los perfiles de ácidos biliares son relacionado con enfermedades gastrointestinales como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), la enterocolitis necrotizante, la colangitis esclerosante primaria y la atresia biliar.1 Mi investigación—junto con la investigación de Amy Engevik sobre la enfermedad de inclusión de microvellosidades (MVID) y la investigación de Maxim Seferovic sobre la colestasis intrahepática en el embarazo (IHCP)—busca comprender estos trastornos a nivel molecular. Herramientas avanzadas como el sistema ZenoTOF 7600 de SCIEX nos permiten analizar los ácidos biliares con una especificidad sin precedentes, lo que abre nuevos conocimientos sobre su papel en la salud y las enfermedades humanas.
¿Por qué son tan difíciles de estudiar los ácidos biliares? ¿Cuáles son los desafíos técnicos?
Tomás Horvath: Los ácidos biliares son difíciles de estudiar por tres razones principales. Primero, su diversidad química es extenso, con estructuras de ácidos biliares conocidas que se cuentan por miles y nuevos tipos que se descubren periódicamente.2 En segundo lugar, las técnicas analíticas enfrentan limitaciones, incluidos altos niveles de ruido químico en los métodos de espectrometría de masas (MS), particularmente para instrumentos que dependen de transiciones de iones precursor a precursor. En tercer lugar, las moléculas de ácidos biliares comparten similitudes fisicoquímicas, lo que dificulta la separación e identificación de isómeros con precisión.
Paul Baker, doctorado
Científico senior
Lipidómica y Metabolómica
CIEX
¿Existe alguna manera de permitir un mejor análisis de ácidos biliares? Si es así, ¿qué es y cómo ayuda a los investigadores a obtener los conocimientos que necesitan?
Pablo panadero: Tradicionalmente, los ácidos biliares se analizan mediante espectrometría de masas de triple cuadrupolo (TQMS). Si bien son sensibles, los instrumentos TQMS carecen de la especificidad necesaria para una diferenciación precisa de los ácidos biliares, particularmente debido a los desafíos que plantea la fragmentación de los ácidos biliares, los compuestos isoméricos y el ruido químico. Recientemente, hemos desarrollado un enfoque mejorado de alta resolución utilizando el sistema ZenoTOF 7600, que ofrece mayor especificidad capturando iones de fragmentos únicos y evitando los desafíos de ruido típicos de la EM tradicional. Esta fragmentación basada en electrones, conocida como disociación activada por electrones (EAD)proporciona una especificidad y precisión sin precedentes. En consecuencia, estamos desarrollando un ensayo eso no depende únicamente de la cromatografía para la especificidad. Un ensayo sensible y específico de alto rendimiento que pueda analizar los ácidos biliares en menos de 10 minutos podría cambiar las reglas del juego.
¿Qué es lo que más le entusiasma de los avances recientes en el análisis de ácidos biliares?
Maxim Seferovic: Los avances tecnológicos en la EM abren puertas para comprender los ácidos biliares más allá de sus funciones digestivas. Ahora se los reconoce como metabolitos clave que influyen en la salud intestinal y sistémica. Al identificar nuevos metabolitos de ácidos biliares, estamos reconstruyendo cómo estos compuestos interactúan con varios sistemas celulares, incluido el microbioma intestinal, para afectar la salud y las enfermedades humanas. Este progreso ayudará a decodificar las vías de comunicación entre la microbiota y el huésped, lo que arrojará más luz sobre las funciones que desempeñan los ácidos biliares en los sistemas biológicos.
Amy Engevik: Estoy entusiasmado con la creciente precisión en el análisis de ácidos biliares, que nos permite mapear las interacciones entre los ácidos biliares, las bacterias intestinales y el huésped. Con la EM, podemos diferenciar entre tipos de ácidos biliares (primarios, secundarios y terciarios), lo que revela información sobre los trastornos gastrointestinales. Comprender estas distinciones podría aclarar cómo desequilibrios de ácidos biliares afectan la inflamación y las respuestas inmunes en enfermedades como la EII.3 Tecnología como EAD MS mejora nuestra capacidad para explorar estas intrincadas vías y su impacto en la salud.
¿Qué pueden aprender los investigadores sobre los trastornos gastrointestinales como la EII, la MVID y la IHCP al analizar los ácidos biliares utilizando un enfoque como el de la EM?
Maxim Seferovic: La IHCP es una afección en la que aumentan los niveles de ácidos biliares, lo que afecta tanto a la madre como al niño, aunque sus mecanismos siguen siendo en gran medida desconocidos. La capacidad de diferenciar tipos individuales de ácidos biliares mediante la EM proporciona una nueva capa de comprensión para el IHCP y otras enfermedades. Con estos datos de alta resolución, podemos ir más allá de las mediciones de ácidos biliares totales para evaluar el efecto de variantes específicas de ácidos biliaresque puede revelar nuevos objetivos terapéuticos y formas de mejorar la salud fetal.4
Amy Engevik: En enfermedades como MVID y EII, los ácidos biliares desempeñan un papel crucial. MVID, una enfermedad rara que causa diarrea severa, está relacionada con mutaciones en el tráfico de ácidos biliares.5 La EII, una enfermedad inflamatoria crónica, puede implicar una alteración del equilibrio de ácidos biliares. Al perfilar estas enfermedades, podemos rastrear cómo los ácidos biliares contribuyen a la inflamación y explorar terapias dirigidas que puedan aliviar los síntomas. Con la EM, podemos perfilar los ácidos biliares individuales para identificar cómo su desequilibrio contribuye a la inflamación y otros síntomas de estas enfermedades. Este perfil podría conducir a terapias basadas en ácidos biliares para mejorar la absorción de grasas y ácidos biliares, lo que puede beneficiar a los pacientes con problemas de malabsorción de nutrientes.
¿Qué le depara el futuro a su trabajo con la EM y el análisis de ácidos biliares?
Utilizando la espectrometría de masas, los investigadores pueden perfilar los ácidos biliares individuales de diversas fuentes para comprender mejor sus interacciones con el cuerpo humano y el microbioma.
Maxim Seferovic: Mi laboratorio se centra en cómo la dieta materna, los medicamentos y los cambios del microbioma durante el embarazo afectan el desarrollo fetal, con los ácidos biliares como factor clave. Analizamos variantes específicas de ácidos biliares, vinculando potencialmente estos metabolitos con resultados de desarrollo. Esta investigación puede aclarar cómo los ácidos biliares derivados del microbioma influyen en el crecimiento fetal y la salud a largo plazo, estableciendo conexiones entre la salud materna y las generaciones futuras.
Amy Engevik: Estamos integrando el análisis de ácidos biliares en nuestros modelos animales para enfermedades como MVID y EII. Utilizando la EM, podemos rastrear cómo las comunidades microbianas interactúan con los ácidos biliares para influir en la salud del huésped. Esto puede revelar nuevos derivados de ácidos biliares con efectos sistémicos más allá del intestino, incluidos resultados neurológicos.
¿A qué contexto histórico se puede recurrir para predecir cómo será el futuro del análisis de ácidos biliares?
Donald Chace: Las bases del análisis moderno de ácidos biliares se sentaron en la década de 1960 con el estudio de Robert Guthrie. método de gota de sangre seca para la detección de recién nacidos,6 que se desarrolló aún más en la década de 1990 para el diagnóstico de trastornos metabólicos. Las capacidades avanzadas de la EM pueden liderar la expansión de la investigación de ácidos biliares, a medida que nos expandimos hacia enfoques como manchas fecales secas.7