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Stephen J. Lippard

Stephen James Lippard (nacido el 12 de octubre de 1940) es profesor emérito de química Arthur Amos Noyes en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . Se le considera uno de los fundadores de la química bioinorgánica , [2] estudiando las interacciones de sustancias no vivas como los metales con los sistemas biológicos. [3] También se le considera fundador de la metaloneuroquímica, el estudio de los iones metálicos y sus efectos en el cerebro y el sistema nervioso. [4] Ha realizado un trabajo pionero en la comprensión de la estructura y síntesis de proteínas, las funciones enzimáticas de la metano monooxigenasa (MMO) y los mecanismos de los fármacos anticancerígenos a base de cisplatino . [3] Su trabajo tiene aplicaciones para el tratamiento del cáncer, [4] para la biorremediación del medio ambiente, [5] y para el desarrollo de combustibles sintéticos basados ​​en metanol . [3]

Educación

Lippard nació en Pittsburgh, Pensilvania, donde se graduó de la escuela secundaria Taylor Allderdice en 1958. Obtuvo su licenciatura en el Haverford College en 1962. [1] Originalmente interesado en asistir a la escuela de medicina, una charla sobre química medicinal del químico visitante Francis PJ Dwyer inspiró a Lippard a centrarse en la química inorgánica para su doctorado. [3] Lippard trabajó con F. Albert Cotton en el MIT en complejos y clústeres de oxo de renio . Completó la tesis Química de los bromorhenatos , recibiendo su doctorado del MIT en 1965. [1] [6] [2] [7]

Carrera

Lippard se incorporó a la facultad de la Universidad de Columbia en 1966 como profesor adjunto. Fue ascendido a profesor asociado con titularidad en 1969 y a profesor titular en 1972. [8]

En 1983, Lippard regresó al MIT como profesor de química. [8] Ha ocupado la Cátedra Arthur Amos Noyes de Química en el MIT desde 1989. [9] Él y su esposa Judy fueron directores de la Casa MacGregor del MIT de 1991 a 1995. [10] Lippard se desempeñó como director del departamento de química del MIT de 1995 a 2005. [1] Es reconocido por su trabajo científico y por su trabajo con estudiantes, habiendo sido mentor de más de 100 doctores. [11] [2] [12] Sus estudiantes son activos en una amplia gama de áreas, en parte porque "Él transmite un fuerte mensaje de que es necesario ir a la frontera de la ciencia y elegir problemas interesantes". [2] El cuarenta por ciento de sus estudiantes de posgrado han sido mujeres, a quienes les da "proyectos de alto riesgo y alta recompensa". [2]

Lippard ha sido coautor de más de 900 artículos académicos y profesionales, [1] y fue coautor del libro de texto Principles of Bioinorganic Chemistry (1994) con Jeremy Berg . [13] Editó la serie de libros Progress in Inorganic Chemistry desde el volumen 11 al 40. [14] Fue editor asociado de la revista Inorganic Chemistry de 1983 a 1989, [2] y editor asociado del Journal of the American Chemical Society de 1989 a 2013, [2] [1] además de formar parte de los consejos editoriales de numerosas otras revistas. [8]

Investigación

Las actividades de investigación de Lippard se encuentran en la interfaz entre la biología y la química inorgánica. Lippard se centra en comprender las propiedades físicas y estructurales de los complejos metálicos, su síntesis y reacciones, y la participación de los iones metálicos en los sistemas biológicos. [15] [16] [17] La ​​formación y ruptura de enlaces moleculares subyacen a muchas transformaciones bioquímicas. Las sustancias puramente inorgánicas, como el hierro, suelen ser necesarias en reacciones orgánicas esenciales, por ejemplo, la unión del oxígeno en la familia de la hemoglobina. Lippard intenta comprender mejor el papel de los complejos metálicos en la fisiología y patología de los sistemas biológicos existentes, e identificar posibles aplicaciones de los iones metálicos en el tratamiento médico. [16]

Ha realizado importantes contribuciones en diversas áreas, incluido el desarrollo de medicamentos contra el cáncer basados ​​en platino, como la familia del cisplatino . [18] Otra área de interés es la estructura y función del metano y las enzimas que consumen hidrocarburos de gases de efecto invernadero. [19] En metaloneuroquímica, estudia la actividad molecular de los iones metálicos en el cerebro y desarrolla sensores ópticos y de resonancia magnética para unir, rastrear y medir los iones metálicos a medida que interactúan con neurotransmisores y otros agentes de señalización biológica. [20] [21]

Cisplatino

Cisplatino

El cisplatino es uno de los medicamentos de quimioterapia más utilizados para muchas formas de cáncer. Fue descubierto en la década de 1960 por Barnett Rosenberg , pero su mecanismo de acción no se comprendía. [22] [23]

Los primeros trabajos del laboratorio de Lippard sobre la interacción de los complejos metálicos con los ácidos nucleicos condujeron al descubrimiento de los primeros intercaladores metálicos y, finalmente, a la comprensión de los mecanismos del cisplatino. Lippard y sus estudiantes examinaron secuencias de ADN y ARN e incorporaron átomos de azufre en la cadena principal de azúcar-fosfato, donde unieron selectivamente complejos de mercurio o platino a posiciones específicas. El descubrimiento de Karen Jennette de que los complejos de platino con carga estérica tenían más éxito en la unión a los átomos de azufre en el ARNt que las sales de mercurio llevó a los investigadores a proponer que los complejos de platino se intercalaban entre los pares de bases del ARN bicatenario. [24] Fue la primera demostración experimental que mostraba un complejo metálico que se unía al ADN por intercalación: complejos de platino-terpiridina insertados entre los pares de bases del ADN y desenrollaban la doble hélice. [25] Utilizando difracción de rayos X de fibra, Peter Bond y otros pudieron mostrar el complejo de platino intercalado y confirmar las predicciones de que el espaciamiento de los intercaladores en pares de bases de ADN seguiría la regla de exclusión de vecinos. [24] [26] [27]

Esto sentó las bases para trabajos posteriores sobre la unión intercalativa. [25] Jacqueline Barton y otros han utilizado la micrografía electrónica para demostrar que la unión covalente de complejos de platino cambia el superenrollamiento del ADN, "doblando y desenrollando" la doble hélice. [18] [28] [29] Otros experimentos han explorado los mecanismos a través de los cuales los fármacos de platino se unen a sus objetivos biológicos y han llevado a conocimientos sobre su actividad anticancerígena. Los resultados importantes incluyen la identificación de un enlace cruzado intracatenario d(pGpG) como el aducto principal en el ADN monocatenario platinado, [30] la identificación del aducto principal en el ADN bicatenario, la unión de proteínas del grupo de alta movilidad a enlaces cruzados de ADN platinado. [24] [21] Utilizando cristalografía de rayos X y otras técnicas, Lippard y sus colaboradores han examinado los mecanismos involucrados en la unión del cisplatino a fragmentos de ADN, para comprender mejor cómo el cisplatino invade las células tumorales e interfiere con su actividad. [3] La interacción del cisplatino y el ADN da como resultado la formación de enlaces cruzados entre cadenas de ADN y cadenas de ADN que bloquean los mecanismos de replicación y transcripción del ADN. [22] Además de los enlaces cruzados entre cadenas creados por el cisplatino, los complejos metálicos monofuncionales pueden sugerir posibles tratamientos contra el cáncer. [31] [32]

Una línea de investigación relacionada en el laboratorio de Lippard involucra los azules de platino. Jacqueline Barton fue la primera persona en sintetizar y caracterizar estructuralmente un azul de platino cristalino, el azul de piridona. Desde entonces, se han realizado extensas investigaciones sobre la estructura, las propiedades y las reacciones de dichos complejos. [24] [33] [34]

Monooxigenasas de metano

Monooxigenasa de metano particulada

Los miembros del laboratorio Lippard que estudian la cristalografía macromolecular han explorado la estructura, los mecanismos y la actividad de las monooxigenasas multicomponentes bacterianas. [21] [35] Las metanomonooxigenasas son enzimas que se producen en bacterias llamadas metanótrofos. La función principal de esta enzima es la hidroxilación del metano a metanol como el primer paso en el metabolismo del metano .

Amy Rosenzweig determinó la estructura de rayos X de la proteína de la forma soluble de la metano monooxigenasa (MMO) como estudiante de posgrado de Lippard. [2] [36] Lippard ha utilizado la difracción de rayos X y una variedad de otros métodos para estudiar dichos compuestos, ampliando enormemente nuestra comprensión de su estructura y función. La MMO es vital para el ciclo del carbono de la Tierra, y el conocimiento de su estructura puede ayudar a desarrollar tecnologías limpias para combustibles basados ​​en metanol. [3] Las metano monooxigenasas también pueden ser útiles para la biorremediación . [5]

Complejos de hierro

Lippard y sus estudiantes también han estudiado la síntesis de complejos de dihierro, como la dihierro hidroxilasa, para comprender mejor las actividades de los átomos de metal en las moléculas biológicas. Han desarrollado compuestos modelo para metaloenzimas de dihierro con puentes carboxilato que se pueden comparar con las formas biológicas correspondientes. Han sintetizado análogos de los núcleos de carboxilato de dihierro de MMO y proteínas de dihierro con puentes carboxilato relacionadas, como el transportador de dioxígeno hemeritrina . [37] [21] [38] En 2010, Lippard recibió el premio Ronald Breslow por su trabajo sobre proteínas de hierro no hemo. [39]

También fue emocionante la síntesis de una "rueda férrica molecular" por Kingsley Taft, la primera estructura de rueda que se observó en la química polimetálica autoensamblada. [40] [41] [42] [43] Un círculo casi perfecto que contiene diez iones férricos, la estructura se ensambló espontáneamente en soluciones metanólicas de complejos oxo de diiron (III), que se estaban estudiando para comprender mejor los núcleos de proteínas oxo de poliiron como los de la hemeritrina. [40] [44] Aunque no se conoce ningún uso particular para la rueda férrica, esta y los posteriores grupos moleculares homometálicos en forma de anillo son de interés como una subclase de imanes moleculares. [45] Otro complejo novedoso fue un "triple piso férrico", que contiene tres unidades de hierro triangulares paralelas y un triple puente de seis ligandos de citrato. [46]

Metaloneuroquímica

Lippard es considerado el fundador de la metaloneuroquímica, [4] el estudio de los iones metálicos a nivel molecular y su efecto sobre el cerebro y el sistema nervioso. [47] Trabajando en la interfaz entre la química inorgánica y la neurociencia, ha ideado agentes de imágenes fluorescentes para estudiar el zinc y el óxido nítrico móviles y sus efectos sobre la neurotransmisión y otras formas de señalización biológica. [48] [49] [21]

Empresas

En 2011, Lippard fundó Blend Therapeutics con Omid Cameron Farokhzad y Robert Langer , en Watertown, Massachusetts. [50] Blend se centró en el desarrollo de medicamentos contra el cáncer para el tratamiento de cánceres de tumores sólidos, [51] con el objetivo de dirigirse al tejido canceroso y dejar las células sanas en paz. [52] Sus fármacos candidatos patentados incluían BTP-114, un profármaco de cisplatino, y BTP-277, un ligando de focalización diseñado para unirse selectivamente a las células tumorales. [51] [52] A partir de 2016, Blend se dividió en dos empresas independientes: Tarveda y Placon, para seguir estos dos enfoques. [53]

Placon Therapeutics está desarrollando terapias contra el cáncer basadas en platino. Entre ellas se encuentra BTP-114, el primer candidato clínico que utiliza una plataforma de profármaco de platino conjugado con albúmina, basada en el trabajo de Lippard. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha autorizado el uso de BTP-114 para ensayos clínicos de fase 1 de tratamiento del cáncer. [54]

Tarveda Therapeutics está desarrollando BTP-277 (rebautizado como PEN-221) y otras pentarinas, una clase patentada de terapias que utilizan ligandos peptídicos para transportar un fármaco diana a las células tumorales. [53] Las pentarinas son fármacos en forma de nanopartículas, similares a los conjugados anticuerpo-fármaco pero más pequeños, que se han descrito como "minibombas inteligentes". Se cree que son capaces de penetrar en cánceres densos basados ​​en tumores. [52]

Honores y premios

Lippard ha sido elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias , el Instituto Nacional de Medicina , la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias , [8] y la Sociedad Filosófica Estadounidense . [55] Es miembro honorario de la Real Academia Irlandesa (2002), [56] la Sociedad Química Italiana (1996) y la Academia Nacional Alemana de Ciencias ( Leopoldina ) (2004), y es miembro científico externo del Instituto Max-Planck (1996) en Alemania. [57]

Ha recibido el título de Doctor honoris causa en Ciencias del Haverford College , [58] la Texas A&M University , [59] y la University of South Carolina , [60] y un Doctorado honoris causa de la Universidad Hebrea de Jerusalén . [61]

Lippard ha recibido muchos premios a lo largo de su carrera, [8] más notablemente la Medalla Nacional de Ciencias de 2004 , la Medalla Priestley de 2014 de la Sociedad Química Estadounidense, su premio más alto, [62] y la cátedra James R. Killian de 2014 en el MIT, otorgada a un miembro de la facultad del Instituto por año. [12] También es el destinatario de la Medalla Linus Pauling , [63] la Medalla Theodore W. Richards , [64] y la Medalla William H. Nichols . [65] Por su trabajo en química bioinorgánica y biomimética, Lippard recibió el Premio Ronald Breslow [66] y el Premio Alfred Bader [67] de la Sociedad Química Estadounidense (ACS). Por su investigación en química inorgánica y organometálica, así como por su papel como educador, fue honrado con los premios ACS por Química Inorgánica [68] y por Servicio Distinguido en Química Inorgánica. [69] En 2015, Lippard ganó la Medalla Benjamin Franklin en Química otorgada por el Instituto Franklin. [70] En 2016, recibió la Medalla FA Cotton por excelencia en investigación química [71] [72] y el Premio Welch en Química de la Fundación Robert A. Welch . [73] En 2017, fue elegido para recibir la Medalla de Oro del Instituto Americano de Químicos . [74]

Vida personal

Stephen Lippard se casó con Judith Ann Drezner en 1964. [75] Tienen dos hijos, Josh y Alex, una nuera, Sandra, y nietas gemelas, Lucy y Annie. [11] Judy Lippard murió el 9 de septiembre de 2013. [75] Stephen se mudó a Washington, DC, en 2017, donde sigue activo en la ciencia, la escritura, la consultoría y la crianza de los hijos, mientras amplía sus habilidades para tocar el clavecín y cocinar. [ cita requerida ]

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