Científicos prueban una terapia génica contra la mucopolisacaridosis

Un tratamiento con células mensenquimales genéticamente modificadas mejoró el desempeño cognitivo en experimentos con ratones

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Científicos del Departamento de Biofísica de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), en Brasil, trabajan en el desarrollo de una terapia génica contra la mucopolisacaridosis tipo I (MPSI), una enfermedad genética que causa perjuicios cognitivos y lesiones en diversos órganos.

Esta investigación cuenta con el apoyo de la FAPESP y está coordinada por el profesor Sang Won Han.

“El tratamiento actualmente disponible, que es la reposición enzimática, debe extenderse por toda la vida, es caro y no revierte los daños cognitivos: sólo retrasa su progresión. Una opción sería el trasplante de medula ósea, pero se hace difícil encontrar donadores compatibles y debe concretarse durante los primeros años de vida. Nosotros estamos buscando un método de cura mediante la terapia génica y hemos logrado mejoras en experimentos con ratones”, dijo Han.

La enfermedad, según explicó el investigador, es causada por mutaciones en un sólo gen que codifica la enzima alfa-L-iduronidasa (IDUA), que junto con otras proteínas participa en el proceso de degradación de un polisacárido conocido como glucosaminoglucano (GAG).

“El GAG es uno de los componentes de la matriz extracelular y cumple papeles importantes dentro y fuera de la célula, entre ellos el de la transducción de señales. Pero, como cualquier otra macromolécula, el GAG debe eventualmente ser reciclado. La deficiencia de la enzima IDUA resulta en una falla de ese proceso y el polisacárido se acumula en las células con efectos sobre ciertas funciones celulares, y puede derivar en la muerte celular”, explicó Han.

Sin tratamiento, los órganos empiezan a aumentar de volumen y su funcionamiento queda comprometido: el bazo y el hígado suelen ser los más afectados, pero también lo son el cerebro, el corazón, las articulaciones y los huesos.

La principal terapia actualmente disponible es la reposición de la enzima IDUA, que debe hacerse semanalmente por vía intravenosa en el hospital. El costo anual para el Sistema Único de Salud (SUS) brasileño es de más de 100 mil dólares por paciente.

Los científicos no saben con seguridad si la enzima recombinante logra atravesar la barrera hematoencefálica, un conjunto de células endoteliales que protege al sistema nervioso central. Lo cierto es que el tratamiento actual de reposición no logra revertir los daños cerebrales. Asimismo, algunos pacientes sufren fuertes efectos colaterales, pues desarrollan una respuesta inmunológica contra la infusión de la enzima.

Lo que los investigadores encabezados por Han y también otros grupos internacionales intentan hacer es encontrar un medio de insertar una copia funcional del gen IDUA en el genoma de los portadores de MPSI, para que las propias células del paciente empiecen a producir la molécula de manera sostenida.

Directo al grano

En experimentos con ratones que se llevan adelante en la Unifesp se están testeando dos estrategias. Se silenció el gen IDUA en los animales, y, como consecuencia de ello, desarrollaron un cuadro similar al de los portadores de MPSI.

En una de las líneas, el grupo aisló y modificó células madre mensenquimales de la medula ósea de ratones utilizando un virus como vector. Posteriormente, se inyectó el material en el cerebro de los roedores.

“Retiramos el genoma viral y pusimos en su lugar una copia del gen IDUA humano. Cuando la célula es infectada por ese virus modificado, el gen de interés se integra a su genoma y ésta pasa a producir la enzima”, explicó Han.

Las células madres mesenquimales constituyen un tipo peculiar de células madres que suelen migrar hacia lugares del cuerpo donde hay inflamación, tal como en el caso de los tejidos que sufren la acumulación de GAG. Si bien no tienen capacidad de diferenciarse en todos los tejidos del cuerpo, tal como lo hacen las células madres embrionarias, se las considera interesantes desde el punto de vista terapéutico, pues tienen propiedades antiinflamatorias, antiapoptósicas (evitan la muerte celular) e inmunomoduladoras. Asimismo, y al igual que todas las células madres, tienen la capacidad de autorrenovarse.

Las células modificadas se inyectaron en el ventrículo izquierdo del cerebro de los roedores y, al cabo de dos meses, se evaluó el desempeño cognitivo de los animales mediante test conductuales.

“Observamos una mejora significativa de las funciones cognitivas en test destinados a evaluar la capacidad exploratoria de los roedores. Creemos que cualquier tratamiento del cerebro debe hacerse en forma separada”, dijo Han.

Análisis del tejido cerebral revelaron que el tratamiento promovió una disminución significativa del nivel de GAG en comparación con el grupo de control. No obstante, la producción de la enzima IDUA no fue significativa en las muestras luego del período de dos meses de observación de los animales.

“Quedó una pequeña cantidad de células mensenquimales modificadas en el tejido al cabo de ese lapso de tiempo, pero fue posible observar que las mismas migraron efectivamente hacia otro lado del cerebro y promovieron una mejora generalizada”, dijo Han.

Los resultados obtenidos durante el doctorado de Flávia Helena da Silva, bajo la dirección de Han y de la profesora Nance Nardi, de la Universidad Luterana de Brasil, se dieron a conocer en un artículo publicado en la revista Genetic Vacines and Therapy.

Estímulo masivo

En otro abordaje que se puso a prueba durante la maestría de Roberta Sessa Stilhano Yamaguchi, con Beca de la FAPESP, se insertó el gen de la enzima IDUA humana en un plásmido (una molécula circular de ADN procedente de una bacteria).

“Optamos por el plásmido apuntando a su uso en la clínica, ya que es un vector más seguro que el virus. En la ingeniería genética del vector utilizamos un gen del bacteriófago que codifica la enzima phiC31 recombinasa, pues ésta ayuda a integrar el gen de interés al genoma de la célula diana, para que la producción de la enzima sea larga”, dijo Han.

Se inyectó una gran cantidad de solución del plásmido –el equivalente al 10% de la masa corpórea del ratón– en una vena gruesa existente en la cola del animal. La propuesta en este método, conocido como inyección hidrodinámica, consiste en que el ADN del vector ingrese en las células de la sangre mediante presión hidrostática y de este modo se propague hacia otras partes del cuerpo.

“En humanos, el método debería de ser un tanto diferente”, dijo el investigador.

Ensayos han demostraron que la producción de la enzima, que era prácticamente nula en los animales modelos, trepó a mil unidades por mililitro de sangre. No obstante, alrededor de un mes después de la aplicación, los valores habían regresado a los niveles iniciales. Los resultados se publicaron en un artículo en The Journal of Gene Medicine.

“El problema radica en que el organismo de los ratones identificó al plásmido como un organismo extraño y neutralizó la acción del tratamiento, generando anticuerpos contra la enzima IDUA humana y silenciando la expresión del gen mediante mecanismos epigenéticos, como por ejemplo el agregado de grupos metilo a la molécula de ADN (metilación de ADN). Ahora, en el laboratorio, estamos intentando sortear este problema por medio de ingeniería genética”, comentó Han.

Durante la maestría de Priscila Keiko Matsumoto Martin, que contó con el apoyo de la FAPESP, el grupo intentó esquivar la respuesta inmunológica mediante el empleo de células mensenquimales modificadas con un vector plásmido que contenía el gen de la enzima IDUA y el de la enzima transposasa, que también tiene la capacidad de integrar el gen de interés al genoma de la célula huésped. “Las células madre mensenquimales se conocen por su acción inmunosupresora. De esta forma, esperábamos evitar la respuesta inmunológica. Pero la producción de la enzima fue muy pequeña. Descubrimos que las células mensenquimales no constituyen el inmunosupresor ideal en nuestro caso, que está relacionado con la producción de anticuerpos”, dijo Han.

Estos datos se publicaron en la revista PLoS One y se presentaron en septiembre, durante la 30ª Reunión Anual de la Federación de Sociedades de Biología Experimental (FeSBE), realizada en la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FMUSP).

“Nuestro próximo paso consistirá en perfeccionar el vector mediante la utilización de un fragmento de ADN más parecido al de mamíferos, para mitigar el problema del silenciamiento epigenético. En humanos, existe una gran probabilidad de que la respuesta inmunológica sea menor, pues se producirá una enzima de la misma especie. Muchos pacientes con MPSI producen incluso IDUA defectuosa, es decir, que no es funcional. Pero el organismo ya está habituado a esa proteína”, sostuvo Han.