Cromatografía de intercambio iónico

Qué es la cromatografía de intercambio iónico

El principio que gobierna esta técnica es sencillo de enunciar: una resina que lleva en su superficie grupos cargados eléctricamente retiene, por atracción coulómbica, a las moléculas de carga opuesta presentes en la muestra. Las moléculas neutras o de la misma carga que la resina pasan de largo. Para eluir las moléculas retenidas se aumenta progresivamente la fuerza iónica del medio (añadiendo sal) o se modifica el pH, de modo que las moléculas con menor afinidad se liberan primero y las que se unen con más fuerza salen al final.

Las raíces históricas de la técnica se remondan a un contexto inesperado. Durante la Segunda Guerra Mundial, los investigadores del Proyecto Manhattan necesitaban separar los productos de fisión del uranio, muchos de ellos elementos de tierras raras con propiedades químicas casi idénticas. Las resinas de intercambio iónico demostraron ser capaces de resolver mezclas que ningún otro método de la época conseguía separar. Una vez desclasificada la información en 1947, la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos publicó esos resultados y la técnica se extendió rápidamente a la química analítica y la bioquímica.

Intercambio catiónico y aniónico

Existen dos variantes complementarias. En la cromatografía de intercambio catiónico, la resina presenta grupos funcionales con carga negativa (como grupos sulfonato o carboxilato) y retiene cationes, es decir, moléculas con carga positiva. En la cromatografía de intercambio aniónico, los grupos de la resina son positivos (aminas cuaternarias, por ejemplo) y retienen aniones. La elección de una u otra depende del punto isoeléctrico de la proteína que se desea purificar y del pH al que se trabaja: por encima de su punto isoeléctrico, la proteína tiene carga neta negativa y se retiene en un intercambiador aniónico; por debajo, la carga neta es positiva y queda retenida en uno catiónico.

Aplicaciones en el laboratorio clínico

Uno de los usos clínicos más extendidos de esta cromatografía es la cuantificación de la hemoglobina glicosilada (HbA1c). Los analizadores automáticos de HbA1c por HPLC emplean columnas de intercambio catiónico para separar las distintas fracciones de hemoglobina según su carga, y el procedimiento constituye el método de referencia en muchos laboratorios para el seguimiento de la diabetes. Esos mismos equipos detectan de forma incidental variantes estructurales de hemoglobina, lo que los convierte en una herramienta de cribado de hemoglobinopatías.

En 1958, Stanford Moore, William Stein y Darrel Spackman publicaron un método automatizado de análisis de aminoácidos basado en columnas de intercambio catiónico seguidas de reacción con ninhidrina. Ese trabajo abrió la puerta al estudio de la composición aminoacídica de las proteínas a gran escala y fue reconocido con el Premio Nobel de Química que Moore y Stein compartieron en 1972 con Christian B. Anfinsen.

Preguntas frecuentes

¿Qué propiedad de las moléculas aprovecha esta cromatografía?

La carga eléctrica. Las moléculas se retienen en la resina por atracción electrostática y se eluyen modificando la fuerza iónica o el pH del medio.

¿Para qué se usa en medicina?

Su aplicación clínica más conocida es la determinación de la HbA1c en el control de la diabetes. También interviene en el análisis de aminoácidos plasmáticos y urinarios para el cribado de errores innatos del metabolismo, y en la separación de variantes de hemoglobina.

¿Tiene relación con el Proyecto Manhattan?

Sí. Las resinas de intercambio iónico se emplearon durante la Segunda Guerra Mundial para separar productos de fisión nuclear con propiedades químicas muy parecidas. Fue un uso militar que, una vez desclasificado, impulsó el desarrollo de la técnica en el ámbito civil.

Referencias

1. MedlinePlus. Cromatografía. Enciclopedia médica.
2. JoVE Science Education. Cromatografía de intercambio iónico: principio y separación de proteínas.
3. Universidad Nacional de Quilmes, Argentina. Cromatografía de intercambio iónico.
4. The Nobel Prize. The Nobel Prize in Chemistry 1972: Anfinsen, Moore, Stein.