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PERSPECTIVAS, CONSIDERACIONES, AVANCES Y METODOLOGÍAS PARA LA APLICACIÓN DE LA TERAPIA GÉNICA EN EL TRATAMIENTO DE PACIENTES CON ENFERMEDADES MONOGÉNICAS HEREDABLES Y ADQUIRIDAS EN COLOMBIA MARIANA ARANGO SAAVEDRA Trabajo de grado Microbiología Dirigido por: Maria Claudia Lattig Zayra Viviana Garavito UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS BOGOTÁ, D.C 2016 2 ÍNDICE Resumen 1. Introducción ………………………………………………………………………………………………..4 2. Historia y desarrollo de la terapia génica……………………………………………………....6 3. Metodologías para abordar la terapia génica……………………………………………….11 a. Vectores virales……………………………………………………………………………….12 i. Adenovirus………………………………...…………………………………………12 ii. Retrovirus………………………...…………………………………………………..14 b. Vectores no virales…………………………………………………………………………..15 4. Enfermedades con impacto positivo para la terapia génica…………………………..18 a. VIH………………………………………………………………………………………………….18 b. Parkinson………………………………………………………………………………………..20 c. Cáncer……………………………………………………………………………………………..22 d. Inmunodeficiencia combinada grave………………………………………………...24 5. Implicaciones éticas y legislación : Ejemplos del mundo y Colombia……………..27 6. Terapia génica en Colombia ……………………………………………………………………….31 7. Conclusiones………………………………………………………………………………………………32 8. Bibliografía………………………………………………………………………………………………...34 3 PERSPECTIVAS, CONSIDERACIONES, AVANCES Y METODOLOGÍAS PARA LA APLICACIÓN DE LA TERAPIA GÉNICA EN EL TRATAMIENTO DE PACIENTES CON ENFERMEDADES MONOGÉNICAS HEREDABLES Y ADQUIRIDAS EN COLOMBIA Resumen La terapia génica se define como la metodología por la cual se inserta material genético exógeno con el objetivo de corregir disfuncionalidades de pacientes con patologías resultantes de la ausencia o defecto de una proteína en particular. Ésta terapia se ha ido desarrollando durante aproximadamente 20 años enfocada en el tratamiento de enfermedades monogénicas heredables, cánceres y VIH. El desarrollo ha sido incentivado por los grandes beneficios clínicos que se han evidenciado experimentalmente en el tratamiento de pacientes con enfermedades como el síndrome de Lesch-Nyhan, la inmunodeficiencia combinada grave (IDCG), fibrosis quística, ataxia, entre otros. Productos terapéuticos como Glybera y StarGen, desarrollados a partir de investigaciones en terapia génica, se encuentran actualmente en el mercado. Así mismo, se espera la introducción de éstas terapias en los procedimientos estándar para el tratamiento de la deficiencia de lipoproteína lipasa y la enfermedad de Stargardt respectivamente. Actualmente se han descrito más de 500 protocolos con el uso de vectores, siendo los retrovirus y los adenovirus los más utilizados. Con éstos se han realizado intervenciones en cerca de 3500 pacientes en todo el mundo con enfermedades tanto hereditarias como oncológicas esporádicas. A pesar de los resultados alentadores, los costos económicos de producción y comercialización hacen de la terapia génica un producto poco asequible. En Colombia, la investigación en esta materia se encuentra retrasada debido a los altos precios de los materiales y equipos necesarios para su desarrollo. A pesar de esto, el Instituto de Errores Innatos del Metabolismo de la Pontificia Universidad Javeriana ha efectuado ensayos de terapia génica con vectores derivados de virus adeno-asociados (AVV) para el tratamiento del síndrome de Morquio. Por otro lado, la Universidad de Antioquia se encuentra evaluando la terapia génica para el tratamiento de atrofia muscular espinal en modelos murinos. En esta revisión se abarcan los avances conceptuales y técnicos realizados hasta el momento en terapia génica en células somáticas, así como las consideraciones éticas y limitaciones. El progreso y la implementación de ésta nueva metodología en Colombia permitirá enfrentar algunos problemas de salud que ponen en riesgo la vida de muchos ciudadanos. 4 1. INTRODUCCIÓN Después de tres décadas de investigación en terapia génica se ha visto una aplicación próspera de éste tratamiento enfocada en enfermedades raras y heredables. Los primeros ensayos en terapia génica se realizaron en los años 80 basados exclusivamente en aproximaciones ex vivo. En estas pruebas las células madre autólogas de los pacientes eran extraídas y modificadas genéticamente, y luego eran introducidas en procedimientos clínicos a manera de trasplante (Wilson, 2013). Hoy en día, este tipo de terapia ha resultado efectiva en el tratamiento de una gran variedad de enfermedades, entre las que se destaca la inmunodeficiencia severa combinada. En esta enfermedad, las células madre de la médula ósea son el objetivo para las modificaciones genéticas. Dichas alteraciones se realizan mediante el uso de vectores virales, principalmente retrovirus. No obstante, existen otras aproximaciones para la terapia génica un poco más versátiles. Entre éstas se encuentra la inoculación directa del gen a reparar o faltante por métodos in vivo. Aquí, el vector debe dirigirse de forma específica a una población de células determinada y debe introducir el gen de interés en el núcleo de las células (Wilson, 2013). Durante los últimos años se ha visto una creciente preferencia por el uso de la terapia génica in vivo usando como vectores los virus adeno-asociados (AAV). Investigaciones con éstos vectores han logrado demostrar que la inserción de genes es posible realizarla de manera satisfactoria en una gran variedad de poblaciones celulares, tejidos y órganos. Entre las poblaciones celulares con mejores resultados se encuentran aquellas del sistema nerviosos central, hígado, músculo y retina (Wilson, 2013). Siguiendo la misma línea de investigación, ensayos en modelos animales murinos con ceguera congénita han evidenciado una mejora en la agudeza visual después de la terapia con AAV (Wan et al., 2016). Así mismo, ensayos clínicos consiguieron revertir parcialmente defectos en coagulación en pacientes que padecían hemofilia B (Chir et al., 2012). Los ensayos clínicos y pre-clínicos que se han venido desarrollando para el tratamiento de hemofilia B, demuestran un beneficio clínico de una duración de hasta diez años con una sola inyección del vector (Buchlis et al., 2012). Todos estos avances y pruebas clínicas han permitido desarrollar productos de la terapia génica para su disposición mundial. Tal es el caso de la compañía UniQure de Holanda, la cual recibió por primera vez en la historia autorización de la Agencia Europea de Medicamentos (EMA) para la comercialización de Glybera en 2012. Glybera (alopene tiparvovec) es un producto de terapia génica basado en AAV y diseñado para el tratamiento de personas con hipertrigliceridemia causada por la deficiencia de la proteína lipasa (Bryant et al., 2013). Aún falta la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) para que Glybera pueda ser distribuido en Estados Unidos. Esto se debe principalmente a que no se ha podido establecer un precio justo que satisfaga tanto a los pacientes como a la compañía, pues los gastos de crear el producto son muy elevados dada la tecnología. 5 Cuando se comenzaron los estudios en terapia génica, se pensaba que las enfermedades raras no eran buenas candidatas de investigación en un contexto de negocios. Esto se creía dado que el porcentajede la población que las padece es muy bajo y no se consideraban suficiente para una buena inversión monetaria que permitiera desarrollar una terapia efectiva. En consecuencia, muchas enfermedades fueron ignoradas hasta finales de los años 80 cuando algunos centros educativos comenzaron nuevas investigaciones (Kesselheim, 2011). Con estas investigaciones se demostró que las enfermedades huérfanas podían proporcionar un modelo de negocio atractivo para las farmacéuticas debido a sus resultados prometedores. Es por esto que los aspectos técnicos y de laboratorio representan un reto para la comercialización de los productos génicos. Los primeros inconvenientes provienen de los sistemas de salud, los cuales deben incentivar a que se realicen inversiones significativas para su uso teniendo en cuenta sus beneficios. A diferencia de los tratamientos actuales que comprenden el sistema de salud obligatorio, la terapia génica requiere de una sola administración para que se obtengan los beneficios clínicos y biológicos deseados de manera definitiva. No obstante, para su adquisición el principal inconveniente es el pago de elevadas sumas de dinero, con lo cual de disminuyen las probabilidades de que la población de los países en desarrollo tengan acceso a la terapia génica. Abordando los problemas de costos, se puede fortalecer el potencial de esta nueva tecnología en una gran cantidad de enfermedades terminales y de difícil tratamiento. Al comparar los gastos de un paciente con Hemofilia B que recibe tratamientos rutinarios, la inversión en terapia génica es mucho menor a largo plazo. Los tratamientos comunes para la Hemofilia B incluye el reemplazo de factores recombinantes como el factor XI cuando se dan episodios hemorrágicos. Estos reemplazos pueden costar entre doscientos mil y trescientos mil dólares, lo cual se convierte en una suma de $4 a 6 millones de dólares si el tratamiento se realiza durante 30 años (Soucie et al., 2000). Por otro lado, la terapia génica in vivo para el tratamiento de la hemofilia B que se ha ido desarrollando puede llegar a costar 1 millón de dólares. A pesar que los gastos de la terapia génica son más reducidos, a primera vista la cifra parece desorbitada y de difícil desembolso. Así, en términos económicos, la terapia génica puede llegar a afrontar una gran oposición si su precio no es ajustado decentemente. Aunque los protocolos para el uso de la terapia génica ya han sido estandarizados, su aplicación y la legislación por la cual se rigen es diferente para cada país. Actualmente Estados Unidos es el país con un mayor número de protocolos de terapia génica aprobados y el país con mayor investigación en el tema. En Latinoamérica los avances no han sido progresivos debido a los costos de los equipos y la falta de financiación por parte de los entes gubernamentales. Tal es el caso colombiano en el que las únicas instituciones educativas que se encuentran realizando investigaciones en terapia génica son el Instituto de Errores Innatos del Metabolismo de la Pontificia Universidad Javeriana y la Universidad de Antioquía. 6 2. HISTORIA Y DESARROLLO DE LA TERAPIA GÉNICA La terapia génica es una técnica molecular en la que se hace uso de la información génica para tratar o prevenir enfermedades a nivel molecular. La Asociación de Medicina Europea (EMA) lo define como un producto medicinal que contiene una sustancia activa en forma de ácidos nucleicos recombinantes, la cual es administrada directamente o a través de virus o microorganismos modificados a seres humanos con el objetivo de reparar, reemplazar, regular, adicionar o eliminar secuencias específicas del genoma. De esta forma, la terapia génica se clasifica en dos grandes subgrupos: terapia génica en células germinales y terapia génica somática. La primera hace referencia a que las modificaciones realizadas en el individuo con el fin de corregir anomalías serán heredadas por sus futuras generaciones, mientras que en la última los elementos génicos insertados son específicos y dirigidos a células particulares, por lo que los cambios no afectan la descendencia. Para entender el surgimiento de la terapia génica es necesario recordar los estudios sobre neumonía realizados en ratones por el bacteriólogo británico Frederick Griffith en 1928. En estos estudios, Griffith describió el cambio de una cepa no virulenta de Streptococcus pneumoniae a una cepa virulenta, lo que se denominó principio de transformación (Griffith, 1928). En el momento se creía que la causa de la transformación en las bacterias era su extracto celular, a partir del cual se continuaron con numerosas investigaciones. En 1944 se llevó a cabo la purificación de dicha sustancia y se demostró que el principio de transformación descrito anteriormente era causado por el ADN (Avery, Macleod, & McCarty, 1944). Con los resultados de Avery et al. (1994), se sugirió que el ADN era una molécula con especificidad biológica que contenía la información genética de los organismos. Años más adelante, el genetista Joshua Lederberg detalló dos mecanismos adicionales de transferencia de información genética entre bacterias. El primer mecanismo consistía en la inserción de material genético exógeno al interior de las bacterias. Una vez adentro de la célula, el ADN exógeno podía intercambiar segmentos con el ADN cromosómico de la bacteria receptora, lo cual se denominó el principio de transformación. Por otra parte, el segundo mecanismo descrito consistía en la transferencia de material genético hereditario mediante el contacto entre dos células bacterianas. Este contacto permitía la formación de un tubo de conjugación por el cual las bacterias podían intercambiar fragmentos de ADN. Este segundo mecanismo se denominó el principio de conjugación. Por último, el tercer mecanismo consistía en el transporte de material genético mediado por un bacteriófagos, lo cual se designó como el principio de transducción (Tatum & Lederberg, 1947; Zinder & Ledenberg, 1952). Los descubrimientos de éstos mecanismos fueron esenciales para el entendimiento de la adquisición de resistencia a antibióticos por parte de una gran variedad de bacterias patógenas presentes en los hospitales. En 1962 Waclaw Szybalski publicó el primer trabajo documentado de transformación genética de células humanas en donde se corregía un defecto metabólico. Waclaw investigó acerca de los mecanismos moleculares involucrados en la transferencia de ADN usando células humanas de la médula ósea. Szybalski utilizó dos tipos de células: 7 unas que poseían la capacidad de sintetizar la enzima soluble Hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (HGRPT+) y las otras carecían de dicha capacidad (HGRPT-). Esta enzima sintetiza purinas de novo a partir de ADN degradado en las células. Cuando se bloquea la síntesis de purinas, la enzima HGPRT continúa sintetizando purinas mediante una vía alterna. Para esto, la enzima cataliza la conversión de guanina a guanosina y de hipoxantina a ácido inosínico. De esta forma, Szybalski usó cultivos celulares de médula ósea humana (variante D98) con el medio HAT que contenía aminopterina, hypoxantina y timidina. La aminopterina es una sustancia que evita la síntesis de novo de purinas inhibiendo el dihidrofolato reductasa (DHFR). El DHFR es necesario para la proliferación celular debido a que las células loemplean para sintetizar ácidos nucleicos. La células incapaces de utilizar DHRF en los medios HAT debían recurrir a la vía alterna de la enzima HGRPT, la cual utiliza como fuente de purinas la timidina presente en el medio HAT. Por esta razón, las células carentes de la enzima HGRPT morían en dichos cultivos al ser incapaces de sintetizar ADN. Consecuentemente, las células HGRPT+ eran las únicas sobrevivientes debido a que utilizaban la hipoxantina de la timidina. Una vez finalizada esta primera etapa del experimento, Szybalski aisló el ADN de las células HGRPT+ en buffer de fosfatasa alcalina y lo usó para transformar a las células HGRPT-. Después de realizar dicha transformación, las células HGRPT- eran capaces de formar colonias y de incorporar ADN de células donantes en sus propios genomas. Adicionalmente, estas células pasaban el ADN incorporado a células hijas en división. Así, las células transformadas podían sobrevivir y reproducirse en los medios HAT. Con esto se demostró que los defectos genéticos en los organismos pueden ser resueltos con la transferencia de ADN funcional proveniente de células sanas y que además éstos pueden ser heredados (Szybalska & Szybalski, 1962). Este estudio motivo el desarrollo de futuros experimentos que tenían como objetivo identificar líneas celulares estables y desarrollar métodos cuantitativos para el estudio de mutaciones haciendo uso del medio selectivo HAT (Bigda & Kosza, 2013). Simultáneamente, en 1961 se realizaron estudios en donde se demostraba que células de pollo infectadas con el virus del sarcoma de Rous (RSV), perteneciente a la familia de los retrovirus, transferían mutaciones específicas del virus a sus células hijas mediante el flujo de información de ARN a ADN y de la inserción del material genético foráneo en los cromosomas (Sambrook, Westphal, Srinivasan, & Dulbecco, 1968; Temin, 1961). Este conocimiento de la transferencia de genes ocurrida en pollo a través de las características intrínsecas de los virus, fue fundamental para su futuro uso tanto en microorganismos como en organismos eucariotas. Fue así como en primera instancia surgió la terapia genética partiendo de la idea de usar virus para transformar exitosamente células de pacientes que padecían de enfermedades genéticas. No obstante, en esta época no se habían desarrollado las tecnologías necesarias de recombinación de ADN que permitieran eliminar los genes patológicos de los virus para luego insertar los genes terapéuticos de interés en las personas. Un par de años más tarde, se realizó el primer ensayo de terapia génica en dos mujeres con trastornos del ciclo de la urea. En este caso se empleó el virus del papiloma de conejo (CRPV) y se intentó introducir el gen de la arginasa en las 8 pacientes. Los resultados de este primer ensayo fueron desalentadores debido a que los niveles de arginasa no cambiaron en las pacientes. Los científicos creían que el virus poseía el gen y que al inocular cutáneamente a las pacientes el gen se transferiría. No obstante, estudios posteriores evidenciaron que el virus CRPV no posee genes codificantes para arginasa (Terheggen, Lowenthal, Lavinha, Colombo, & Rogers, 1975). Continuando con experimentación con ADN recombinante en células de mamíferos, se demostró la capacidad de ratones de repoblar parcialmente su médula ósea a partir de células provenientes de otro individuo (Mercola, Bar-eli, Stang, Slamon, & Cline, 1982). En 1988 se aprobó de manera oficial el primer protocolo RAC (por sus siglas en inglés, Recombinant DNA Advisory Committee) para introducir genes en humanos. A pesar de que no se describía el uso de una terapia en especial, se hacia énfasis en la importancia y el poder de la terapia génica utilizando virus. En 1990 se experimentó con pacientes que sufrían de beta-talasemia. Esta enfermedad se caracteriza por la producción defectuosa de la subunidad beta globulina en la hemoglobina, lo que desencadena la destrucción de glóbulos rojos causando anemia. Células de la médula ósea fueron transfectadas con ADN humano recombinante y un marcador selectivo, para luego tratar a dos pacientes con la patología mencionada sin que estos obtuvieran una mejoría significativa. Desafortunadamente, el estudio no se realizó con la reglamentación necesaria ni fue considerado oficial, razón por la cual obtuvo numerosas críticas (Mercola et al., 1982). El 14 de Septiembre de 1990 se realizó el primer ensayo con genes terapéuticos acreditado por la FDA en dos niños que padecían de déficit de adenosina desaminasa (ADA). Este déficit produce un tipo de inmunodeficiencia severa. Para el procedimiento que duró 4 años, se extrajeron leucocitos de los pacientes y fueron tratados ex vivo para que expresaran los genes necesarios para la síntesis de la adenosina desaminasa. Los resultados no fueron satisfactorios. Uno de los niños mostró una respuesta temporal mientras que en el otro no se evidenció ningún efecto (Blaese et al., 1995). A partir de esta primera aproximación a la terapia génica, se realizaron diversos ensayos concernientes a transferencias génicas en humanos en Europa para diversas enfermedades. Un ejemplo claro es la primera terapia génica realizada en Escandinavia en 1995, el cual mostró el primer resultado claro de la eficiencia de la terapia génica in vivo en el cerebro humano (Bordignon et al., 1995; Puumalainen, Vapalahti, L, Kossila, & Al, 1998). Los estudios realizados hasta el momento motivaron al uso masivo de la terapia génica hasta que en 1999 el paciente Jesse Gelsinger de 18 años murió en una terapia ejecutada en la clínica de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia. La terapia realizada pretendía introducir el gen que codifica para la enzima ornitina transcarbamilasa mediante un vector viral perteneciente a la familia de los adenovirus. El paciente sufría de deficiencia de dicha enzima haciéndolo incapaz de metabolizar el amonio. Se creía que el tratamiento funcionaría debido a que el individuo no había heredado la mutación si no que ésta se había producido de manera espontánea. No obstante, Gelsinger fue administrado con una dosis muy alta del adenovirus, lo cual desencadenó una respuesta inmune acelerada causándole la 9 muerte 4 días después de la terapia debido al colapso que se produjo en sus órganos (Stolberg, 1999). Después de la muerte de Gelsinger, la FDA convocó una investigación de 4 días. Allí se presentaron informes detallados concernientes a la conducta de la investigación realizada y acerca de la seguridad del uso del vector adenoviral en terapia génica. A partir de estos informes se establecieron nuevas políticas de bioética y normas para informar al paciente o voluntario acerca de los riesgos y beneficios. Adicionalmente, se precisaron rigurosos procedimientos que los científicos debían seguir al realizar los ensayos clínicos. El controvertido caso de Gelsinger y la terapia génica sirvió para introducir mejoras en los procedimientos, en la creación de los vectores y en el aseguramiento de la calidad de la terapia. Con esto se logró disminuir la ocurrencia de ensayos precoces en humanos que pudieran poner en peligro la salud de los pacientes. A partir de ahí, la terapia génica ha sido usada ampliamente en leucemia, cáncer de seno, cáncer de ovarios, cáncer de próstatay cáncer de nasofaringe. En total, los cánceres mencionados representan el 60% de las terapias génicas ejecutadas seguido por enfermedades cardiovasculares y monogénicas (Kay, 2011). Actualmente, más de 2000 ensayos clínicos de las terapias se han realizado exitosamente a través de vectores virales pertenecientes a las familias de adenovirus y retrovirus. También se han realizado terapias con el uso de plásmidos, los cuales son los vectores no virales de transferencia génica más comunes. No obstante, la terapia génica no se encuentra aún consentida de manera global ya que muchos países la consideran inadecuada. La falta de conocimiento acerca de los beneficios frente a los riesgos ha hecho que la población se sienta vulnerable ante la posibilidad de la implementación de la terapia génica. Por ellos es importante resaltar los avances en las diferentes técnicas moleculares que posibilitan la implementación de la terapia génica en la actualidad sin dejar a un lado los beneficios y los riesgos reales. Así, con esta revisión se pretende informar a la comunidad acerca de estos aspectos teniendo en cuenta bases científicas, con las cuales se ha logrado que los beneficios superen los riesgos de la terapia de manera contundente. China fue el primer país en legalizar el uso de la terapia génica sobre células cancerígenas en hospitales con Gendicine. Este producto es un virus no replicativo que contiene el gen humano p53 en lugar del gen viral E1 y se encuentra patentado por el laboratorio Shenzhen SiBiono GeneTech Co. Ltd. La autorización formalizada en 2004 para el uso del Gendicine generó grandes debates. Esto debido a que el gobierno chino tomó la decisión sin información acerca de la tercera fase de los ensayos clínicos con el virus, con lo que se ponía en duda la eficiencia de las terapias (Döring, 2003). Pese a las criticas, dos años después el SFDA (por sus siglas en inglés, State Food and Drug Administration) de China autorizó Oncorine®, el segundo producto para uso en terapia génica. A diferencia de Gendicine, Oncorine® es un adenovirus condicionalmente replicativo desarrollado por Sunway Biotech Co. Los adenovirus silvestres contienen una proteína E1A y una región E1B que codifica para la proteína EB155K. La proteína EB155K se une a p53 y lo inactiva mientras que E1A induce la apoptosis dependiente 10 de p53, permitiendo así la replicación del virus dentro de las células. Teniendo en cuenta esto, los adenovirus utilizados en Oncorine® carecen de EB155K. Esto lleva a la inactivación de p53 e induce la desactivación de la vía apoptótica en las células del huésped que pasan a la fase S en el ciclo lítico del virus. Así, en ausencia de EB155K (Imagen 1) el virus es incapaz de replicarse en células normales mientras que en células cancerígenas que se caracterizan por la ausencia de p53 funcional, el virus prolifera de manera exitosa. Esto permite que en las células malignas se produzca oncolisis y el cáncer pueda ser tratado. Oncorine® esta pensado para ser usado en conjunto con la quimioterapia en cáncer de nasofaringe, cáncer pulmonar, cáncer de hígado y cáncer de páncreas. (Bischoff et al., 1996; Ma et al., 2008). Imagen 1. Esquema estructural en donde se muestran las diferencias entre un adenovirus silvestre y el vector adenoviral usado en Oncorine® ((Wirth, Parker, & Ylä- Herttuala, 2013). En 2008 el suplemento comercial Cerepro® fue el primero en completar la tercera fase de los ensayos clínicos y por ende el primero en recibir una certificación GMP (por sus siglas en inglés, Good Manufacturing Practices) en la Unión Europea (Immonen et al., 2004). Cerepro® se componen de un vector adenoviral inapaz de replicarse y que contiene el gen que codifica para la enzima timidina quinasa. Mediante transferencia local, el vector Cerepro® introduce en células específicas un gen suicida, es decir, un gen capaz de inducir la muerte celular en las células diana. Luego, éste gen es expresado en la célula modificada y al administrar una droga que transforma el nucleósido análogo a guanosina (GCV) en GCV monofosfato, la célula lo convierte en GCV-difosfato y posteriormente en GCV-trifosfato. El GCV trifosfatado es un metabolito tóxico activo que se dispersa a células tumorales vecinas e induce su muerte celular. La inyección del virus debe realizarse de manera específica a la 11 población de células tumorales para evitar daños a células normales y se recomienda que esto se realice en cirugía si se trata de tumores cerebrales. Los ensayos clínicos con Cerepro® fueron congruentes mostrando una mejoría en los pacientes a los que se les inoculaba el vector en las paredes de la cavidad tumoral después su resección (Sandmair et al., 2000). De igual forma, se realizaron terapias génicas exitosas con enfermedades en donde solo se afecta un gen. Algunos ejemplos de estas enfermedades monogénicas son amaurosis congénita de Leber (LCA), beta talasemia leve y grave, Inmunodeficiencia Combinada Grave (IDCG), hemofilia B y Síndrome de Wiskott-Aldrich (Banerjee et al., 2010; Blanche D, Durandy, & Bushman, 2011; Cassani et al., 2009; Jessup et al., 2011; Maguire et al., 2009). Para el 2012 el EMA (por sus siglas en inglés, European Mediciines Agency) favoreció la terapia génica con Glybera; producto viral comercializada por UniQure. Glybera es, nuevamente, un adenovirus modificado genéticamente para que exprese la enzima lipoproteinlipasa en tejido muscular con el objetivo de someter a personas con deficiencia severa de la proteína mencionada. No obstante, con éste producto se han realizado tres intentos fallidos por obtener una acreditación del Comité de Medicamento de Uso Humano (CMH), la cual es necesaria para su comercialización en la Unión Europea (Ylä-Herttuala, 2012). Con esto se evidencia que las terapias génicas emergentes no sólo deben satisfacer los requerimientos clínicos y técnicos, sino también los legales para que se puedan emplear a gran escala. A lo largo de los años, el uso de virus como vectores ha generado escepticismo acerca de la garantía en la terapia entre la comunidad puesto que como ya se explicó, estudios han demostrado que en los retrovirus la integración de los transgenes puede ocurrir en sitios transcripcionalmente activos o en medio de genes regulatorios, haciendo que existan probabilidades de riesgo de generar oncogénesis en los pacientes que se sometan al tratamiento en cuestión. A pesar del éxito en muchas de las terapias, se han reportado derivaciones negativas resultante de la introducción de genes, tales como fallos en la inserción de los mismos en los pacientes o surgimiento de leucemias después de los primeros ensayos (Cavazzana-Calvo et al., 2010; Fehse & Roeder, 2008). Por esta razón, la inserción dirigida de los transgenes es de los temas más importantes a estudiar a la hora de generar vectores virales y ha llevado a que uno de los métodos más eficientes en las terapias incluyan ADN de doble cadena y que los cortes de las regiones específicas del genoma se efectúen con dedos de zinc (ZNF), con meganucleasas o con TALENs (Lombardo et al., 2007; Mussolino & Cathomen, 2012; Urnov, Rebar, Holmes, Zhang, & Gregory, 2010). Con respecto a los adenovirus, éstos son considerados inmunogenos y las terapias en las que se han administrado localmente en tejidos han mostrado resultados seguros (Muona, Mäkinen, Hedman, Manninen, & Ylä-Herttuala, 2012). Asimismo, se ha evidenciado que la respuesta por anticuerpos ampliamente neutralizantes en consecuencia a la inoculaciónde los adenovirus es extremadamente rápida y estos son eliminados adecuadamente del cuerpo (Hedman et al., 2009). 12 Actualmente, la principal limitación de la terapia génica radica en que su uso se encuentra restringido a enfermedades genéticas a las que se les ha identificado las mutaciones los genes específicos que causan la enfermedad Hay que tener en cuenta que muchas enfermedades o predisposiciones a desarrollarlas no tienen una causalidad genética directa y están influenciadas por factores ambientales o epigenéticos. Por esta razón, la terapia celular ha surgido para tratar dichas enfermedades ya que con esta metodología se sustituye el tejido enfermo sin alterar el ADN del mismo. Una segunda limitación es el tamaño de los genes que pueden ser introducidos ya que si se tiene en cuenta que para que el gen pueda ser introducido a la célula debe contener todos sus exones e intrones, en algunos casos el gen puede sobrepasar la capacidad de almacenamiento del virus que va a ser usado como vector. Finalmente cabe resaltar que para que la terapia resulte efectiva, no solo se debe asegurar que el gen sea introducido adecuadamente en el lugar adecuado sino que los elementos propios de la regulación en la activación del gen y su interacción con demás moléculas celulares se den de la manera correcta. Por esta razón, para obtener resultados igual de fascinantes a las expectativas las investigaciones en las causas de las enfermedades debe continuar para completar su entendimiento y comenzar a realizar terapias génicas para la mayoría de las enfermedades genéticas. 13 3. METODOLOGÍAS PARA ABORDAR LA TERAPIA GÉNICA El éxito de la terapia génica depende de que se consideren todos los factores secundarios que podrían afectar al paciente, que incluyen la forma de insertar la información genética, las respuesta inmune de la persona, la herencia de la enfermedad, los órganos que manifiestan el fenotipo anormal y las mutaciones implicadas en la enfermedad. Actualmente existen aproximadamente 95 metodologías que abordan la transferencia génica que has sido avaladas a nivel mundial para tratar enfermedades monogénicas. De manera general, estas metodologías para tratar los trastornos hereditarios se puede dividir en estrategias ex vivo e in vivo. La transferencia de genes ex vivo involucra la fácil obtención de células corregidas a partir de la médula ósea, donde éstas células tienen una ventaja al ser devueltas al paciente. Otras aplicaciones incluyen el uso de células corregidas como fuentes de proteínas secretadas, como por ejemplo en la transferencia del gen codificante para el factor VIII a partir de cultivos de fibroblastos autólogos para tratar la hemofilia A o la transferencia de un gen suicida a los linfocitos T para controlar los efectos adversos que pueden tener los individuos al ser tratados con trasplantes de médula ósea no autólogo, es decir, cuando el paciente no es el mismo donante. Por otra parte, las aproximaciones in vivo resultan ser la estrategia más directa para la transferencia de genes y teóricamente puede ser usada para el tratamiento de diversas enfermedades hereditarias. En enfermedades monogénicas se inocula el vector que contiene el ADN curativo directamente en el órgano afectado o en los vasos sanguíneos para que posteriormente pueda llegar al órgano de interés. Las aproximaciones para focalizar específicamente la llegada del ADN nuevo a los tejidos que presentan las patologías no ha sido ensayadas clínicamente para desordenes hereditarios. Para que la transferencia génica sea efectiva, esta debe asegurarse de que la transferencia génica ocurra en una población celular concreta y que funcione adecuadamente para corregir el fenotipo defectuoso. Para enfermedades en las que el fenotipo es intracelular, el gen debe ser transferido a un número considerable de células afectadas para asegurar que la terapia dé buenos resultados. Por otro lado, si el fenotipo de a enfermedad es el resultado de la secreción de una proteína en particular, la corrección a realizar requeriría sólo de producir niveles suficientes de la proteína donde ésta debe ser modificada post transcripcionalmente y responder a señales celular específicas que permitan regularla. Si estas condiciones se cumples, la transferencia génica se puede dar en cualquier célula u órgano indiscriminadamente. No obstante, existen ciertas barreras en las que los genes deben ser transferidos localmente o de otra forma no llegarían al sitio afectado, como por ejemplo en enfermedades cerebrales. Generalmente, el gen curativo es inoculado en forma de cassette de ADNc flanqueado en el extremo 5’ por un promotor activo y en el 3’ por una poliadenilación y un codón de parada. En algunos casos se han utilizado genes que contienen intrones artificiales que separan uno o más exones. A medida que se desarrollan nuevas metodologías para la inserción de genes, es posible que se comiencen a utilizar genes con intrones 14 artificiales ya que teóricamente se estaría conservando el patrón de “splicing” que produce diferentes mRNA con sus múltiples funciones. Para realizar una adecuada inoculación de los genes exógenos al interior de las células se deben usar vectores que faciliten la entrada del material genético y lo coloquen a disponibilidad de la células para su correcto funcionamiento. A lo largo de los años en los ensayos experimentales se han desarrollado diversos vectores con la función principal de transportar el gen terapéutico al interior del núcleo celular para que pueda ser transcrito y traducido. Los vectores se pueden clasificar de manera universal en vectores virales y no virales. Es importante tener en cuenta que a pesar de que los vectores transportan el gen al interior de la célula, los vectores no virales y lo adenovirus no median la inserción de este en el genoma celular y solo se encargan de que ocurra expresión transitoria del gen de interés. a) Vectores virales Los vectores virales se caracterizan por el uso de virus como herramientas de transporte del genes terapéuticos a introducir en células dianas. Para que un virus pueda ser usado en la terapia génica es necesario realizarle modificaciones para anular parcialmente el genoma viral para que sean incapaces de replicarse dentro de la células pero que mantengan la capacidad de infectar. Estas modificaciones incluyen la eliminación de regiones codificantes de proteínas estructurales esenciales para el ensamblaje de las envolturas virales, como son las proteínas gal, poli y env en retrovirus y las proteínas E1 en los adenovirus. Una vez delecionadas dichas regiones, se introduce en el virus el gen o los genes terapéuticos de interés. Con las modificaciones completadas, el virus se convierte en un empaquetamiento génico capaz de replicarse únicamente en los cultivos celulares que contengan sobreexpresión de las partes del genoma viral que han sido eliminados. El tamaño de la información genética que puede ser incorporada en el vector viral depende del tipo de virus, pues también se debe tener en cuenta el tamaño del genoma viral y el tamaño de su cápside. Al establecer el tamaño de los genes a insertar, los vectores pueden ser usados tanto en metodologías in vivo como ex vivo. Con el objetivo de evitar problemas asociados a la mutagénesis de inserción mediada por virus, el material genético transportadoes entregado al interior del núcleo en una región extra cromosomal. Este tipo de transporte es efectivo siempre y cuando la célula no se este replicando, de lo contrario en gen introducido de diluirá y se perderá con facilidad. Adicionalmente, los vectores virales se asocian a una expresión persistente del material genético introducido. Entre los vectores virales más comúnmente usados se encuentran los Adenovirus (AAV) y los Retrovirus. i) Adenovirus Los adenovirus fueron los primeros vectores virales usados para la terapia génica y actualmente se utilizan en los serotipos 2 y 5 debido a que es un vector estable para 15 los procedimientos in vivo, lo que lo constituye en un vector estándar por excelencia. Ésta estabilidad se da gracias a que la internalización de la célula objetivo se da por la unión altamente específica entre la fibra Knob y el receptor coxsackie del virus. Actualmente se han identificado cerca de 50 serotipos que pueden usar usados en la terapia génica en humanos, sin embargo, los más usados son el Ad5 y el Ad2. El ADN de este virus se une a las células diana mediante epítopes en sus bases pentona. Para hacer más eficiente la unión del virus a las células, estas secuencias pueden ser modificadas. Los vectores adenovirales son virus no envueltos que contienen un genoma de ADN de doble cadena de 36 kb con repeticiones terminales invertidas a ambos extremos (ITR) que facilitan la replicación del ADN viral, una señal de empaquetamiento (ψ), deleción de la región E1 para evitar la replicación en células infectadas y deleción de la mayoría de genes E3 para liberar más espacio y poder introducir genes terapéuticos de mayor tamaño, los cuales son usualmente de 7-8 kb (Dmitriev et al., 1998). Imagen 2. Esquema del mecanismo usado para la generación de Adenovirus recombinantes con los genes de interés (Kotterman & Schaffer, 2014) 16 Entre las ventajas que posee este vector se encuentra la persistencia del genoma viral en las células de hígado, corazón, retina y cerebro. Adicionalmente, posee la capacidad de insertar el genoma tanto en células en reposos o quiescentes como en células en división, lo que los convierte en un vehículo ideal para la terapia contra el cáncer (Whitlock, Hackett, Leopold, Rosengart, & Crystal, 2004). Por otro lado, la principal desventaja de los adenovirus es las respuesta inmune que se puede desencadenar en el paciente como consecuencia de una administración alta del virus, por lo que para garantizar la seguridad de los individuos a tratar, se deben primero establecer las dosis del virus a utilizar y la frecuencia de dicha inoculación ya que la expresión de los niveles del gen insertado disminuyen con respecto al tiempo a causa de la falta de integración del virus. Por ejemplo, investigaciones han determinado que para la administración del virus directamente en órganos, se deben usar dosis de 1012 partículas virales (Crystal et al., 2002). Otra desventaja constituye la baja capacidad para transportar genes, pues ésta es de tan solo 4.5 kb (Dmitriev et al., 1998). Sin embargo, esta dificultad es posible sobrellevarla si se introducen diferentes porciones del cassette genético en vectores separados. De esta forma, los segmentos génicos transportados en vectores diferentes se pueden expresar en moléculas de mRNA separadas y posteriormente hibridarse en una sola orientación. Por último, la introducción del gen que transportan se da de manera episomal y no directamente dentro de la células del organismo. ii) Retrovirus Los retrovirus fueron los primeros vectores virales usados en metodologías ex vivo. Durante los primeros ensayos con estos vectores se observaba que los títulos virales disminuían al ser transferidos de cultivos celulares a las células de los animales en experimentación y que además sus niveles de expresión eran transitorios (Dunbar et al., 1998). Los retrovirus se constituyen de un genoma de ARN de cadena sencilla de 7-10 kb con repeticiones terminales largas (LTR) a ambos lados en donde se encuentran los genes regulatorios rev, gag y pool requeridos para las funciones propias del virus (Takeuchi et al., 1994). Para el uso de vectores retrovirales se eliminan los promotores y las regiones enhancer en el extremo 3’ del LTR para evitar su transcripción y en su lugar se inserta un cassette de aproximadamente 8 kb, el cual es regulado en cis por la señal de empaquetamiento (ψ)(Bushman et al., 2005). Imagen 3. Esquema del proceso de integración génico mediado por retrovirus en sitios concretos del genoma humano (Bushman et al., 2005). 17 Entre las principales ventajas de este vector se destaca su eficiencia en la trasducción que permite una expresión persistente de la proteína terapéutica y su adecuada integración genómica en el ADN celular. En cuanto a sus desventajas se encuentra su capacidad de desarrollar oncogénesis, la dependencia de su efectividad en la división celular de huésped y las posibilidades de que sucedan inserciones en sitios diferentes a los de interés. Adicionalmente, éste vector infecta únicamente las células que se encuentren en división activa. b) Vectores no virales Los vectores no virales hacen referencia a aquellos en los que la transferencia génica se da mediante métodos químicos o físicos, como con el uso de electroporación, microinyección o liposomas. Típicamente, para estos procedimientos se utilizan plásmidos de ADN de doble cadena combinado con liposomas catiónicos que le permiten al material genético traspasar la membrana plasmática de la célula. También se han utilizado vectores químicos basados en fosfato de calcio, el cual precipita en 18 ADN mediante los iones de calcio y permite introducir el ADN al interior de la célula mediante endocitosis (Pichon, Billiet, & Midoux, 2010). A pesar de que esta técnica no resulta tóxica para las células, la expresión del gen introducido es transitoria y de muy baja eficiencia. Imagen 4. Terapia in vivo mediante el uso de vectores no virales y barreras a superar para la incorporación exitosa del material genético exógeno (Yin et al., 2014). Entre los vectores no virales de mayor uso se encuentran los liposomas, los cuales presentan una alta selectividad celular y alta eficiencia en la transfección de los genes de interés. Éstos vectores han sido ampliamente usados en la terapia génica contra el cáncer de próstata (Zarante, Suárez, & Vera, 2004). 19 Imagen 5. Esquema de la integración de ADN foráneo por parte de vectores no virales capaces de mediar endocitosis e importación nuclear para la generación de cambios genéticos permanentes (Glover, Lipps, & Jans, 2005) La principal limitación del uso de vectores no virales es la dificultad de corregir permanentemente una enfermedad hereditaria, pues de los múltiples ensayos que se han realizado en clínicas la mayoría han mostrados resultados negativos con muy poca expresión del gen contenido en el plásmido. De esta forma, los vectores no virales han sido catalogados en múltiples ocasiones de ineficientes y a pesar de las críticas, algunos investigadores continúan realizando ensayos de este tipo para tratar enfermedades respiratorias y fibrosis quística (Montier et al., 2004). También existe la posibilidad de hacer tratamientos con fragmentos de secuencias codificantes para la terapia con RNAs o con genomas completo. Las investigaciones en este campo son escasas y los resultados aún no son congruentes, sin embargo se sabe que la terapia génica que utiliza vectores no virales es significativamente más económicay fácil de reproducir (Nott, Meislin, & Moore, 2003; Pergolizzi & Crystal, 2004). 20 4. ENFERMEDADES CON IMPACTO POSITIVO PARA LA TERAPIA GÉNICA a. VIH El VIH hace referencia al virus de la inmunodeficiencia humana, el cual daña las células del sistema inmune hasta el punto de extinguirlas. Cuando la acción del virus avanza y la enfermedad se torna crónica, se dice que las personas han adquirido SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida). El VIH puede estar presente en un individuo hasta por 10 años antes de que aparezcan los síntomas del SIDA. El contagio del VIH se puede dar por contacto directo con sangre de una persona infectada o a través de relaciones sexuales (HealthDay, 2015). Los signos de la infección con VIH incluye inflamación de los ganglios y síntomas similares a los gripales causados por el virus de la Influenza. Los análisis de sangre son necesarios y son los más seguros para el diagnóstico de la infección. Aunque todavía no existe cura para el VIH, en el mercado se encuentran disponibles una gran cantidad de medicamentos y tratamientos que ayudan a detener los síntomas y a controlar las infecciones secundarias (HealthDay, 2015). El desarrollo de la terapia génica para el VIH ha involucrado tanto tratamiento ex vivo como in vivo. Con éstas metodologías se ha hecho uso de los retrovirus como vector para el transporte de material genético. La mayoría de los genes codifican para proteínas requeridas para la formación de la cápside o envoltura viral. Entre éstos genes se encuentra el que codifica para la proteína superficial g20 (SU), el cual se encuentra dirigido para ser transducido en los linfocitos T del organismos. De esta manera, los leucocitos son capaces de reconocer de manera más eficaz aquellas células infectadas con el virus (Ledergerber et al., 1999). Ensayos han demostrado que tanto al principio del tratamiento como después de varias dosis, los leucocitos son capaces de eliminar las células infectadas con VIH y con varios de sus mutantes (Deeks, 2006). Durante los últimos años, la terapia génica contra el VIH se ha venido desarrollando desde diferente perspectivas. Éstas aproximaciones pueden clasificadas en dos grandes grupos: terapia basada en ARN y terapia basada en proteínas. La terapia que incluye los agentes inhibitorios asados en ARN se compone en su mayor parte de ARN anti sentidos, ribozimas, aptámeros y ARN de interferencia (RNAi). Los ribozimas son ARNs anti sentido con la capacidad de realizar cortes en los ARNs mensajeros. Muchas investigaciones han involucrado el uso de ribozimas ya que se ha demostrado en diversas ocasiones que éstas moléculas son capaces de inhibir la replicación del VIH (C. Rossi et al., 1999). De manera similar, los ARN transgenes anti sentidos se acoplan a los transcrito del VIH y formas dúplex no funcionales, evitando la replicación del virus en células hematopoyéticas. Las primeras demostraciones de éste hecho se realizaron con vectores adenovirales que transportaban una región pequeña de ARN anti sentido de la región U5 (Chatterjee, Johnson, & Wong Jr., 1992). A pesar de que los mecanismos 21 molecular exactos por los cuales se da la inhibición de la replicación del VIH por los ARNs anti sentido no es muy clara, se ha especulado acerca de los mismo. Se ha descrito que puede haber una deaminación de la adenosina del dúplex formado entre los ARN y los transcritos del virus. Esto resultaría en mutaciones elevadas del virus o en la retención nuclear de sus transcritos y desencadenando un mal ensamblaje de las nuevas partículas virales (X. Lu et al., 2004). Otro grupo de moléculas de ARN ampliamente usado descritos para ensayos in vitro, son los aptámeros. No obstante, uno de los problemas más notorios de los aptámeros es que no forman la estructura terciaria necesaria para que realicen su función dentro de las células. Éstos ARNs usados se basan en la región de respuesta trans activadora del VIH (TAR) y en el elemento de respuesta Rev (RRE). Su mecanismo de acción los hace ser buenos candidatos para la terapia génica debido a que inhiben la transcripción y bloquean el transporte de los transcritos del VIH al citoplasma mediante la unión a las secuencias Tat o Rev del virus (Jacque, Triques, & Stevenson, 2002). Imagen 5. Mecanismo de acción de los agentes inhibidores usados en la terapia génica contra el VIH en células hematopoyéticas (J. J. Rossi, June, & Kohn, 2007). 22 Una de las desventajas de la terapia génica para el VIH es la alta tasa de mutación por parte del virus. Esto hace que se generen muchos mutantes que pueden eventualmente escapar de la terapia, haciendo de ésta un tratamiento poco específico. Una de las alternativas que se ha propuesto para sobrellevar este gran inconveniente es utilizar como blanco los transcritos celulares esenciales para la replicación y entrada del virus a la célula. Éstos transcritos corresponden a los factores cappa B (NF-kB) y los correceptores CCR5 y CXCR4 del receptor CD4. Cuando éstos factores son des regulados, el virus VIH es incapaz de entrar a la célula y de replicarse (Surabhi & Gaynor, 2002). Tomar como blanco otros genes del individuo hospedero involucrados en el ciclo de vida del virus, como LEDGEF/p75 que facilita a integración de VIH, también demuestran resultados positivos (Chang, Liu, & He, 2005). En cuanto a la terapia basada en inhibidores proteicos, éstos son transportados en la mayoría de los casos por vectores virales de tipo LTR. Uno de los inhibidores proteícos más potentes y de mayor uso es el mutante de la proteína Rev del VIH llamada M10. M10 bloquea el transporte afuera del núcleo hacia el citoplasma de los RNA del VIH. Éste bloqueo inhibe ensamblaje de las nuevas partículas virales y su posterior transmisión a células vecinas (Unwalla et al., 2006). Además de M10, en éste tipo de procedimientos también es común el uso de anticuerpos intracelulares y de intracinas. Éstas moléculas se unen a las proteínas virales y las vuelven un blanco fácil para la degradación de las mismas mediada por proteosomas (Marasco, Lavecchio, & Winkler, 1999). De todas los inhibidores proteicos detallados, el único que ha sido probado en humanos es el M10. b. Parkinson El Parkinson es una enfermedad crónica y degenerativa del sistema nervioso central que puede llegar a ser de difícil diagnóstico en sus etapas tempranas. Cuando la enfermedad del Parkinson se desarrolla, ésta produce un exceso de temblores, falta de coordinación, demencia y puede llegar a ser mortal. La principal causa de la enfermedad del Parkinson es la falta de producción del neurotransmisor dopamina, el cual es el encargado de regular los movimientos y la motricidad del cuerpo así como también de normalizar los estados de ánimo. Ésta enfermedad es de carácter progresivo y aparece con mayor frecuencia en hombres de alrededor de 60 años de edad. A pesar de que no existe un examen diagnóstico, los médicos suelen usar la aparición y combinación de síntomas junto con exámenes neurológicos para dictaminar el padecimiento de la enfermedad. El tratamiento farmacológico más usado es la L-dihidroxifenilalanina, el cual es un medicamento que reduce los síntomas de la enfermedad pero no detiene el progreso de la enfermedad. Si bien la relación de los factores genéticos con la aparición de la enfermedad no es tan clara, se sabe que el restablecimiento de las redes neuronales se puede lograr mediante la liberaciónnormal de la dopamina. Así, el objetivo principal de la terapia génica en este caso es el reemplazo de las neuronas dopaminérgicas para normalizar la cantidad de dopamina. En los ensayos con terapia génica se utilizan métodos ex vivo con células hiperactivas del núcleo subtalámico. A éstas células se les inserta en el gen 23 que codifica para la descarboxilasa glutámica ácida (GAD), el cual es el responsable por la producción de del neurotrasmisor GABA. Con éstos ensayos se ha logrado restaurar el funcionamiento neuronal y se ha frenado la progresión de la enfermedad (Li, Chen, & Li, 2015). De forma similar, se han realizado modificaciones ex vivo para producir células capaces de secretar dopamina, factores de crecimiento y neurotrofinas como BDNF (factor neurotrófico derivado del cerebro), GNDF (factor neurotrófico derivado de la glía) y NGF (factor de crecimiento nervioso). Esto permite la activación de la supervivencia celular en las neuronas afectadas, evitando la muerte de las mismas (Zhang, Tong, Bai, Shi, & Ouyang, 2016). En otros ensayos se han utilizado células de origen no neuronal para la terapia génica, como por ejemplo células adrenales cuya capacidad de producir cateolaminas las hace favorables para el transplante. La principal ventaja de el uso de éstas células es la homogeneidad que se consigue luego de que son cultivadas para los tratamientos ex vivo. No obstante, éstas células no son capaces de extender sus procesos celulares sobre el parénquima y su supervivencia es muy baja (Kompoliti, Chu, Shannon, & Kordower, 2007). Por otro lado, se ha demostrado que el trasplante intra cerebral de astrocitos modificados genéticamente para la producción de el factor de crecimiento nervioso (NFG) en ratas genera una reducción de síntomas si se acompaña el tratamiento con apomorfina (Aronica, Gorter, Rozemuller, Yankaya, & Troost, 2005). Paralelamente, investigaciones en células neuronales modificadas mediante retrovirus para la síntesis y liberación de BNDF muestran resultados semejantes (Yoshimoto et al., 1995). También se comprobó que el trasplante en conjunto de fibroblastos que producían el factor básico de crecimiento potenciaba la supervivencia, el crecimiento y las actividades dopaminérgicas de las neuronas (O’Keeffe et al., 2008). De manera similar, se han realizado estudios con el uso de células troncales embrionarias en estadio dorsal en ratas. Al madurar estas células, se pueden transformar en neuronas y reemplazar aquellas que por la enfermedad se encuentren deterioradas. Adicionalmente, tienen la capacidad de liberar dopamina en respuesta a mecanismos de despolarización (O’Keeffe et al., 2008). De modo semejante, los trasplantes que involucran células neuronales troncales derivadas del mesencéfalo ventral y que expresan el factor de transcripción Pitx3, direccionan la diferenciación celular a neuronas dopaminérgicas (Kim et al., 2006). Resultados similares se observan con células troncales de la línea C17.2 de ratones transducidas con el gen TH y el gen que codifica para la trifosfato de guanosina ciclohidrolasa I. Éstas enzimas son fundamentales para producción y liberación de la dopamina, por lo que sus inserciones mejoran las actividades motoras y cognitivas de las ratas con Parkinson (Shin, Garcia, Winkler, Bj??rklund, & Carta, 2012). Pese a los resultados satisfactorios del uso de la terapia génica que terminaban por detener la progresión de la enfermedad y producían una disminución de los síntomas, se encontraron fallas importantes. Un estudió demostró que aproximadamente el 40% 24 de las células trasplantadas con las características mencionadas anteriormente, desencadenaban la formación de tumores (L. Lu et al., 2005). c. Cáncer El cáncer es una enfermedad muy prevalente entre la población mundial en gran medida debido a los efectos secundarios de las quimioterapias y radioterapias. Aunque el origen molecular del cáncer es de tipo poligénico, tiene un conjunto de características que la hacen atractiva para la terapia génica. Éstas son: la frecuencia de la aparición de tumores, la asequibilidad de la neoplasia en intervenciones quirúrgicas, la variabilidad histológica de dichas neoplasias en los el/los órgano(s) afectado(s), los genes alterados en las neoplasias, la presencia de antígenos específicos provenientes de las células cancerígenas y la respuesta inmune a los tratamientos clínicos convencionales (Rodríguez, Martínez, Cruz, & Cómbita, 2014). Debido a que el desarrollo del cáncer y la transformación de las células normales a células malignas es un proceso secuencial, la identificación temprana de la enfermedad la implementación de las terapias a tiempo es importante para frenar la enfermedad. En éste proceso las células adquieren nuevas características en donde comienzan a proliferarse incontroladamente y comienzan a invadir diferentes tejidos y zonas del organismo. La terapia génica para el tratamiento del cáncer se ha venido enfocando en el mejoramiento de la respuesta inmune del organismo para que éste sea capaz de bloquear o eliminar las células cancerígenas por si mismo. La terapia génica para la eliminación de células cancerígenas se puede realizar mediante la compensación de mutaciones en donde se corrigen los genes supresores alterados o se inhibe a los oncogenes. También es común el uso de la terapia génica suicida en donde se utiliza un vector viral de replicación selectiva que transporte un gen coficador para una enzima con el potencial de activar profármacos. La terapia suicida también se puede realizar a través de la infección de las células tumorales con un virus lítico que sea capaz de lisar las células que infecte. La terapia génica por compensación de mutaciones se ha realizado para el restablecimiento normal de la función del gen p53, el cual se encuentra mutado en el 50% de los tumores reportados. La corrección de los defectos de éste gen se ha realizado mediante el uso del vector adenoviral Ad-p53 en pacientes con cáncer de cuello uterino de próstata. El vector Ad-p53 tiene la capacidad de inhibir el crecimiento tumoral en tratamientos in vivo (C. Yang, Cirielli, Capogrossi, & Passaniti, 1995). Después de diversos ensayos exitosos con Ad-p53, se aprobó en el 2003 la patente de éste vector (Gendicine) para la terapia génica contra cáncer de cuellos y cabeza. El cáncer de próstata es una de las enfermedades oncogénicas que causa mayor muerte en el mundo. Los orígenes del cáncer de próstata se derivan de la interacción de factores genéticos con factores ambientales. (Zarante et al., 2004). Para el desarrollo del cáncer de próstata debe haber una susceptibilidad en el individuo como resultado de alteraciones genéticas en los reguladores del ciclo celular. La exposición 25 a determinados factores externos ambientales y la deficiencia de genes supresores o protooncogénes conllevan a la división incontrolada de un grupo celular y posteriormente un falla multisistémica en el organismo. Se han descrito una gran variedad de protooncogenes que otorgan susceptibilidad al cáncer de próstata, entre los que se encuentran HPC1, PCAP, HPCX y HPC20 (Antczak et al., 2013). De forma similar, mutaciones en los protooncogenes generan una alteración en la fase de división celular mediante ganancia de función. Los protooncogenes asociados al desarrollo de cáncer en próstata son RAS, MYC, erbB2 y bcl-2 (Antczak etal., 2013). En cuanto mutaciones en los genes supresores cuya función es la de controlar las divisiones celulares, alteraciones en P53, P21, P16 y RB se relacionan con la aparición del cáncer de próstata (Antczak et al., 2013). Ya identificados los genes implicados en la evolución de ésta enfermedad, la terapia génica puede ser desarrollada para modificar la expresión de los mismos. La caracterización de los antígenos específicos de las células cancerígenas pueden ser usados como blanco molecular en la terapia génica. Algunos de éstos antígenos son h- Kallikreina-2 y la hormona relaxina. No obstante, debido a que el desarrollo del cáncer de próstata, como ya se mencionó es de origen poligénico, el tratamiento es mucho más complejo. En este caso, los objetivos de la terapia génica son: 1)la inhibición de la expresión de oncogenes, 2)reparación de los genes supresores, 3)estimulación de la respuesta inmunológica hacia las células cancerígenas, 4)bloqueo de la angiogénesis, crecimiento tumoral y metástasis, 5) integración de genes “suicidas” para la apoptosis de células cancerígenas e 6) incorporación de genes tóxicos que codifican para enzimas que estimulan la acción de profármacos , lo cual resulta en la muerte de las células blanco (Zarante et al., 2004). Uno de los tratamientos más estudiados es la terapia inmune moduladora por la cual e modifican los linfocitos del organismos para que sean capaces de reconocer los antígenos de las células cancerígenas. Con éste tratamiento se pretende generar una respuesta inmunológica satisfactoria contra las células cancerígenas. A pesar de la efectividad del proceso, una de las desventajas más importantes de ésta aproximación es la dependencia de la condición inmunológica del paciente. Esto sucede debido a que en muchas ocasiones el antígeno expresado en las células cancerígenas es varía dependiendo de la tasa de mutación y del estado diferenciación de éstas células (Rodríguez et al., 2014). Contrariamente, la incorporación de genes que provocan la apoptosis celular (genes toxicos) es una alternativa más segura debido a que aumenta la sensibilidad de los tumores a la radioterapia. Ésta sensibilidad se da por la fosforilación de diversas moléculas que producen los genes introducidos y que interfieren en los mecanismos de reparación del ADN. De esta forma, los daños del ADN resultantes de la radioterapia no se pueden reparar y las células terminan entrando en apoptosis (W. S. Yang et al., 2006). Adicionalmente, los genes tóxicos y la terapia actúan en diferentes fases del ciclo celular, lo cual aumenta la tasa de mortalidad de las células blanco; los genes tóxicos actúan en la fase S mientras que la radioterapia lo hace en la fase M y G2 26 del ciclo celular (Zarante et al., 2004). Por último, la radioterapia afecta positivamente la transfección y transcripción de los genes inoculados mediante la terapia génica. Una ventaja adicional de los genes tóxicos es que la toxicidad no se genera únicamente con la presencia del gen, para que éste funcione se requiere de la presencia de los profármacos. Un ejemplo que ilustra este concepto es el gen que codifica para la timidina quinasa, la cual requiere del profármaco ganciclovir que cuando se fosforila inhibe la acción de la ADN polimerasa e impide la replicación del ADN y consecuentemente la división celular. Así mismo, la introducción del gen que codifica para la citosina desaminasa requiere de la presencia de a droga flucitosina. La flutocina se transforma en 5-fluorouracilo a través de la acción de la enzima citosina desaminasa, lo cual genera activación de las células NK y posteriormente la muerte celular de las células que lo contiene. De esta forma, los efectos de los genes tóxicos inoculados son controlados con la dosificación de los profármacos (W. S. Yang et al., 2006). Existe además un efecto secundario de la terapia génica con el uso de genes tóxicos es la alta probabilidad de muerte de las células que no fueron transfectadas y que se encuentran cerca de las que si lo fueron. Esto puede suponer una ventaja para la terapia génica que aumenta su eficacia y reduce el tamaño poblacional de las células tumorales. El efecto descrito puede deberse al transporte e incorporación de las moléculas a través de las uniones GAP entre las células, liberación de los componentes tóxicos al ambiente células mediante la lisis de las células y producción de citoquinas como consecuencia de la respuesta inmune (W. S. Yang et al., 2006). En la actualidad, se han descrito 65 protocolos en el mundo que utilizan la terapia génica para el tratamiento del cáncer de próstata. Muchos de estos se encuentran en fase I y II de los ensayos clínicos, sin embargo, los resultados obtenidos hasta el momento son satisfactorios (Antczak et al., 2013). Al ser el cáncer de próstata una enfermedad de fácil seguimiento, favoreciendo que la terapia génica puede ser valorada de manera recurrente. Así, la terapia génica puede ser monitoreada mediante los niveles de Antígeno Prostático Específico (PSA) y ecografía del tracto rectal (Nastiuk & Krolewski, 2015). Sin embargo, la terapia génica para el tratamiento de cáncer de próstata presenta algunos obstáculos como la alta variabilidad y número de genes expresados en las células tumorales. Esto hace que la escogencia de los genes para la terapia sea difícil y muchas veces cambie entre individuos de diferentes poblaciones (Antczak et al., 2013). d. Inmunodeficiencia combinada grave las enfermedades del sistema inmunitario han sido consideradas idóneas para el tratamiento con terapia génica debido a que para muchas de éstas enfermedades, las causas son monogénicas. Un ejemplo de éste tipo es la Inmunodeficiencia combinada grave (IDGC), para la cual se conocen hasta el momento doce causas genéticas. La IDGC es un síndrome que se caracteriza por la ausencia combinada de las funciones de los linfocitos T, linfocitos B y en muchos casos de los linfocitos citotóxicos NK. 27 Alteraciones en los tipos celulares mencionados causa una susceptibilidad extrema de los individuos a infecciones graves que en contextos normales podrían pasar desapercibidos (The Patient and family handbook for primary inmunodeficiency diseases, 2007). La terapia génica para el tratamiento de la Inmunodeficiencia combinada grave se ha realizado en los casos en que la enfermedad se encuentra ligada al cromosoma X o en los que se sabe que la causa en la deficiencia de la adenosina desaminasa (ADA). Las alteraciones en los genes que codifican para receptores presentes en las células progenitoras de los linfocitos T y de las células NK hace que éstas células no se desarrollen ni lleguen a la maduración. Debido a que ni los linfocitos ni las células NK proliferan y tampoco crecen, los individuos se encuentran indefensos ante cualquier infección leve, razón por la cual se les denomina comúnmente “niños burbuja”. Hace décadas el único tratamiento eficiente para el tratamiento de los “niños burbuja” era el trasplante de médula ósea, lo cual permitía repoblar el linaje celular. Para los años 90 ya se habían realizado estudios con ratones usando terapia génica en donde se introducía el gen que codifica para la enzima adenosina desaminasa (Taylor, Touzot, Fischer, & Cavazzana, 2014). Cinco años más tarde, se autorizaron a dos grupos de investigación para la realización de la terapia génica en pacientes usando la metodología ex vivo en niños que padecían de IDGC en Italia. Éstatécnica consistía en extraer la médula ósea de niños con IDGC ligada al X (IDGC-XI). De la médula ósea se obtenían las células progenitoras de la línea celular hematopoyética y se ponían en contacto con vectores retrovirales que portaban el gen para corregir el defecto. Después de tres días de mantener las células en cultivo, éstas eran reintroducidas a los pacientes. Tras 15 días de haber realizado el procedimiento, los investigadores reportaron una mejoría notoria en los pacientes, a los cuales les detectaron células hematopoyéticas con el gen transfectado y funcionado adecuadamente. Incluso los pacientes tratados que desarrollaron leucemia seguían teniendo un sistema inmune bien desarrollado, pues no representaban susceptibilidad a ninguna infección en particular (Taylor et al., 2014). La IDGC-XI es causada por la deleción o defectos en el gen IL2RG, el cual codifica para el receptor de interleukina 2 (γc). Éste defecto se presenta en alrededor del 50% de los pacientes con IDGC (Buckley, 2004). La reversión de mutaciones en IL2RG produce una mejora significativa en ésta deficiencia inmune. Debido a que la regulación de éste gen no es estricta, la probabilidad de que se presente una toxicidad asociada a su expresión es mínima. Una ventaja adicional de IDGC es que una vez realizada la terapia génica, su expresión se da de manera homogénea en todas las células hematopoyéticas (Bousso et al., 2000). El vector retroviral empleado en la terapia génica contiene una subunidad del receptor γc citoquina bajo repeticiones terminales largas (LTR), las cuales funcionan como control transcripcional. En la actualidad existe una variedad de protocolos para la terapia génica de la inmunodeficiencia combinada grave. Sin embargo, el gen a introducir o corregir sigue siendo el que codifica para la adenosina desaminasa y los vectores siguen siendo 28 retrovirus. La diferencia entre los protocolos se radica en las células blanco a las que va dirigido el vector. Las células progenitoras hematopoyéticas son las que mayor mente se usan debido a que poseen la capacidad de reconstruir y mejorar la médula ósea (Gennery, 2014). Éstas células se usan no solo para el tratamiento de IDGC sino también para diversas hemoglobinopatías, enfermedad de Gaucher, enfermedades de deficiencia de adhesión leucocitaria, hemofilia A y B, entre otras (Juan Rozalén, 2003). Es importante resaltar que para que la terapia génica en ésta enfermedad funcione, es necesario que el diagnóstico de los pacientes a tratar se haga con métodos moleculares. 29 5. IMPLICACIONES ÉTICAS Y LEGISLACIÓN MUNDIAL ACERCA DEL USO DE LA TERAPIA GÉNICA La terapia génica es una técnica que se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y que promete ser una modalidad efectiva para el tratamiento de diversas enfermedades que hasta ahora solo había podido ser tratadas pero no prevenidas ni curadas, permitiendo así a las personas afectadas mejorar su calidad de vida y aliviando los sufrimientos físicos. Esto hace que un futuro cercano pueda llegar a ser parte de los tratamientos estándares en los hospitales. Si bien numerosos ensayos han obtenidos resultados positivos, todavía se generan preguntas respecto a la seguridad en la transferencia génica y a las posibles consecuencias de la terapia sobre la descendencia de los pacientes. Adicionalmente, muchas de las especificaciones técnicas tales como la cantidad de vector a usar y la estabilidad en la expresión del gen transferido a células humanas no han sido estandarizadas. Por esta razón la legislación actual de la mayoría de países permite el uso de la terapia génica única y exclusivamente en células somáticas. Una de las preocupaciones del ciudadano común es el uso inadecuado de esta terapia novedosa que conlleve a que en el futuro haya un abuso de la técnica que termine por modificar genotipos que no constituyan enfermedades sino caracteres físicos no deseados entre los individuos y que conduzcan a una tendencia por homogenizar la población. Para amenizar dichas percepciones, se crearon los comités de bioética con el objetivo de regular las aplicaciones de las tecnologías emergente, en especial las que afectan directamente a la salud de los humanos para que estas no caigan en el deseo de perfeccionar la raza humana. La bioética como disciplina racional tiene el deber de establecer criterios que permitan concluir si una decisión científica es correcta o errónea, asimismo, debe exigir a los laboratorios la labor de concientizar e informar a las personas acerca de las expectativas, los beneficios y los riesgos que conlleva la práctica clínica de la terapia génica, teniendo en cuenta que esto varía significativamente dependiendo de la enfermedad que se este tratando. Del mismo modos, las autoridades gubernamentales y estatales tienen la responsabilidad de el desarrollar leyes y normas que se ajustan a las necesidades de cada país y eviten los peligros que se puedan derivar por el uso de las nuevas tecnologías para garantizar la seguridad de los pacientes, por lo que deben evaluar que los beneficios para los seres humanos superen los riesgos de las terapias genéticas emergentes. Al hacer esto, se esta permitiendo que las personas sean tratadas como tal y no como medios para fines científicos, haciendo que se les respete el derecho a la vida digna y al consentimiento informado. La opiniones más radicales en contra de la manipulación genética se encuentra en los centros religiosos, en especial en la Iglesia Católica. El Vaticano ha rectificado en múltiples ocasiones su inconformismo con la práctica de la ingeniería genética tanto en animales y plantas como en seres humanos. Esto se debe principalmente a la creencia de que la alteración de las características físicas de los seres humanos es un atentado contra la soberanía y el orden impuesto por un Dios todopoderoso. Pese a 30 los argumentos religiosos, numerosos debates públicos han llevado a la aceptación de la terapia en células somáticas solamente cuando la persona padezca de una mutación patológica o de una enfermedad lesiva debidamente diagnosticada. Otro de los principales argumentos en contra de la terapia génica es la posibilidad de que ocurran cambios genéticos o mutaciones incontrolables en los pacientes y que éstos puedan ser heredados a sus hijos. Estas ideas son soportadas por el hecho de que algunos medicamentos mutagénicos, como los usados en tratamientos contra el cáncer, así como la radioterapia causan alteraciones genéticas que si suceden en las células germinales son pasadas a la descendencia, razón por la cual el uso de la terapia génica ha despertado preocupaciones éticas respecto a su uso para un acercamiento a la cura de varias enfermedades humanas. Sin embargo, debido a que con la terapia génica se busca un fin terapéutico para curar enfermedades crónicas, se ha considerado que para estos casos el uso de la ingeniería genética es éticamente lícito a priori. El fin terapéutico se define exclusivamente como el tratamiento de enfermedades en humanos, de modo que si se usan a estos como parte de ensayos iniciales en donde no se conocen de antemano las posibles consecuencias, el fin terapéutico desaparece y la terapia génica se convierte inmediatamente en un acto ilícito que puede ser penalizado gravemente por la ley. Al igual que en muchos países,
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