Ensayos de detección de metabolitos

La glucosa es un metabolito clave para la mayoría de las células. En estado de reposo, la glucosa se metaboliza en piruvato mediante la glucólisis y, a continuación, a través del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). Como resultado final, cada carbono se metaboliza en CO₂. A lo largo del camino, el ATP se genera en la glucólisis a través de la fosforilación a nivel de sustrato y de forma más eficiente en el ciclo TCA a través de la fosforilación oxidativa.

Una vez recibidas las señales para el crecimiento, la célula aumenta la captación de glucosa y la metaboliza a través de la glucólisis. Algunos intermediarios glucolíticos se desvían a vías biosintéticas para crear materias primas para la síntesis de una nueva célula. La producción de ATP a partir de la glucosa se realiza principalmente a través de la fosforilación de sustratos con secreción de lactato, en lugar de entrar en el ciclo TCA. Las células en crecimiento aumentan la captación de glutamina para proporcionar productos intermediarios al ciclo del TCA y mantener la producción de ATP.

Todas las células utilizan glucosa para generar ATP, pero las células normales y cancerosas difieren en la forma en que la glucosa se convierte en ATP. La glucólisis oxidativa, descrita por primera vez por el Premio Nobel Otto Warburg en la década de 1930, es un cambio metabólico importante en las células proliferantes, como las cancerosas. La glucólisis aeróbica se caracteriza por un marcado aumento de la captación de glucosa y la secreción de lactato con el consumo de oxígeno. Este efecto Warburg es una característica distintiva de las células cancerosas, ya que absorben glucosa a un ritmo mucho mayor que las células normales. Un aumento de la glucólisis también es un indicador clave de la activación de las células inmunitarias, ya que éstas deben expandirse rápidamente para defenderse de un invasor. Para medir la glucólisis, se puede controlar el consumo de glucosa (disminución de la glucosa en el medio de cultivo celular) y la secreción de lactato (aumento del lactato en el medio de cultivo celular) con ensayos para detectar los niveles de lactato y glucosa.

A menudo se observa un aumento de la captación de glutamina en las células sometidas a glucólisis aeróbica. La glutamina proporciona intermediarios, concretamente α-cetoglutarato, al ciclo del ácido tricarboxílico. La glutamina puede convertirse en otros aminoácidos, concretamente en glutamato, para la síntesis de proteínas. Tanto la glutamina como el glutamato pueden trabajar con antiportadores para introducir aminoácidos esenciales en la célula. El glutamato también es un precursor clave del glutatión para el control de las especies reactivas del oxígeno (ROS). Monitorizar el consumo de glutamina y la secreción de glutamato midiendo los niveles de los metabolitos puede ayudar a comprender los cambios en la glutaminólisis.

Además de la alteración del metabolismo de las células cancerosas o inmunitarias, los ensayos de detección de metabolitos pueden utilizarse para observar alteraciones en modelos de trastornos metabólicos. Puede medirse la tasa de captación de glucosa como respuesta a la insulina u otros tratamientos. La insulina estimula la translocación del transportador de glucosa, incluyendo el GLUT4, en adipocitos y miocitos para aumentar la tasa de captación de glucosa. La versión bioluminiscente del ensayo de captación de glucosa resuelve los problemas de seguridad y supera las limitaciones del ensayo radiactivo convencional.