Ingeniería celular y terapia génica

INGENIERÍA CELULAR Y TERAPIA GÉNICA
Biol. on-line: Vol. 2, Núm. 1 (Febrer de 2013)
ISSN: 2339-5745 online
Ingeniería celular y terapia génica:
desequilibrios del metabolismo muscular
Mari Carmen Pozo Gomollón
Estirarnos por la mañana, salir a caminar o a correr son simples actividades cotidianas en las
que juega un papel clave la acción de nuestros músculos y todo un conjunto de procesos y
reacciones que se producen en su interior. Sin que seamos conscientes, disponemos de toda
una maquinaria muy eficiente funcionando que nos permite tanto la respuesta al ambiente
como la supervivencia. Pero, ¿qué es lo que no funciona en el músculo en determinadas
enfermedades metabólicas o en el envejecimiento? ¿Cómo podemos estudiar su
funcionamiento para facilitar el diseño de nuevas terapias o estrategias de prevención ante sus
patologías? Muchas de éstas preguntas se intentan resolver hoy en día en diferentes estudios
de investigación, algunos de los cuales son los realizados por el grupo Ingeniería celular y
terapia génica, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de
Biología de la Universidad de Barcelona.
En éste artículo hablaremos de algunos de los temas y estudios clave realizados en éste grupo
y un poco de cómo es la situación de su investigación a nivel global.
Entre éstos temas se encuentran el estudio de las células musculares, el efecto que tiene en
ellas el envejecimiento y los desequilibrios en dos de los tipos de enfermedades metabólicas
estudiadas por el grupo: La enfermedad de MCArdle y la diabetes de tipo 2, así como los
ensayos en terapia génica como posible nuevo método de tratamiento.
Incluiremos también entrevistas con algunos de sus investigadores principales, para conocer
su experiencia en primera mano y así comprender un poco mejor cómo es el mundo de la
investigación y en qué situación se encuentra hoy en día.
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EL GRUPO DE INVESTIGACIÓN: “Ingeniería celular y terapia génica”
Departamento de Bioquímica i Biología Molecular, Facultad de Biología, Universidad de
Barcelona (www.bq.ub.es)
http://www.ciberdem.org/grupos/2011_CIBERDEM_Annual_Report_gomez_foix.pdf
INVESTIGADORA PRINCIPAL: Anna Maria Gómez Foix; INVESTIGADORES ASOCIADOS: Cèlia García, Maria Guitart, Marta Montori;
ESTUDIANTES DE DOCTORADO: Oscar Osorio; TÉCNICODE LABORATORIO: Anna Orozco
La línea de investigación "Ingeniería celular y terapia génica" está formada por un equipo de
diferentes investigadores y colaboradores, y centra sus estudios en la investigación del
metabolismo muscular para conocer mejor su funcionamiento y su relación con el
envejecimiento o con determinadas enfermedades metabólicas. Forma parte del "Centro de
Investigación Biomédica en Red CIBER, (de Centro de Investigación Biomédica en Red), que
lleva a cabo proyectos comunes entre diversos grupos de investigación en el ámbito de
diferentes enfermedades, para optimizar su conocimiento así como la posible creación
de nuevos tratamientos. En concreto, el grupo forma parte del Ciber de Diabetes y
enfermedades metabólicas asociadas (CIBERDEM).
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Cómo podemos estudiar las células musculares humanas?
Un modelo de estudio crucial de las células musculares en las diferentes investigaciones del
grupo son los cultivos primarios por explantes de células de músculo esquelético humano
como modelo de proceso normal y patológico.
Los cultivos primarios, consisten en un sistema formado por células que provienen de un
órgano o tejido, normal o patológico, mantenidas en medios de cultivo de composición
química definida y en condiciones de temperatura, pH (una medida de la acidez), ventilación y
humedad controladas. De esta forma se asegura la supervivencia y multiplicación,
manteniendo todas sus funciones metabólicas de una manera parecida a las que tenían en el
organismo vivo entero. Cuando el cultivo proviene de células que han sido disgregadas de un
tejido original reciente extraído, recibe el nombre de cultivo primario, y cuando proviene de la
resiembra de células de un cultivo primario, se denomina cultivo secundario.
Los cultivos celulares, presentan numerosas ventajas que les hace muy útiles en
investigación, ya que permiten un control preciso y fino del medio ambiente, obtener
muestras homogéneas, son económicos, permiten estudiar las células o los diferentes factores
de forma individual , y permiten la manipulación genética y / o de muchos parámetros
esenciales para las células, evitando el sacrificio de muchos animales. Presentan también
limitaciones respecto al tejido in vivo, y éstas han sido estudiadas por el grupo, ya que hay que
tenerlas en consideración.
Imagen de cultivos celulares
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Análisis de la expresión génica de los ARNm de las células musculares
Para conocer los mecanismos asociados a enfermedades o pérdidas de funciones en el
músculo, es necesario conocer las alteraciones en la expresión de los genes musculares. La
mayoría de genes codifican la información para producir una proteína. Se copia (o se
transcribe en lenguaje genético) la información del ADN a una copia de ARN (ARN mensajero
o ARNm), y a partir de este ARNm se traduce la información a proteína.
Expresión del mensaje genético
Uno de los métodos utilizados hoy en día globalmente para analizar el nivel de expresión
de un gen es el análisis de micromatrices o chips de ADN ( microarrays). Un chip de ADN (del
inglés DNA microrray ) es una superficie sólida en la que se une una colección ordenada de
fragmentos de ADN. Para entender su funcionamiento, hay que considerar la estructura del
ADN: una doble hélice muy larga formada por dos cadenas constituídas por unas unidades
llamadas nucleótidos. Cada nucleótido contiene una base nitrogenada, y a partir de las bases
nitrogenadas se da la unión de las dos cadenas de ADN, ya que hay pares de bases
complementarias: A,T y C,G, por lo tanto se dice que las dos cadenas de ADN presentan
complementariedad entre ellas.
Los chips de ADN se utilizan para analizar la expresión diferencial de genes, monitorizando los
niveles de miles de ellos de forma simultánea. Su funcionamiento consiste, básicamente, en
medir el nivel de hibridación (unión entre cadenas complementarias) entre: una sonda
específica (probe, en inglés), que consiste en fragmentos de ADN conocidos de una sola
cadena inmovilizado al soporte, y la molécula diana a analizar (target) marcándose
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generalmente mediante fluorescencia y analizando por análisis de imagen, lo cual nos indicará
el nivel de expresión del gen.
Esquema de un microarray.
Suelen utilizarse para identificar genes con una expresión diferencial parcial bajo condiciones
diferentes. Así se pueden detectar genes que producen ciertas enfermedades mediante la
comparación de los niveles de expresión en células sanas y patológicas.
2010: Comparación de la expresión génica entre cultivos y células de
tejido muscular
Conocer cómo es el modelo de cultivo celular con que trabajamos y qué limitaciones tiene
nos permite ser conscientes de qué diferencias hay respecto a cómo funcionan estas
células en el organismo vivo entero y tenerlo en cuenta en los diferentes estudios . En el
año 2010, el grupo realizó un estudio para detectar si la expresión génica de las células
musculares humanas cultivadas era diferente con respecto a las células de biopsias de
tejido muscular, es decir, tejido in vivo, o en el contexto del organismo. Éste estudio
contribuye a conocer mejor la expresión de los genes en el cultivo primario muscular, un
modelo celular muy valioso que tiene implicaciones clave para el estudio de la patogénesis
muscular y los ensayos terapéuticos.
Para ello, se utilizó una plataforma de microarray de ADN de alta sensibilidad, y se
detectaron cambios en la expresión de varios genes.
Las células musculares cultivadas mostraron adaptaciones reductivas metabólicas y de
transcripción del ARNm del sistema muscular, como las observadas en la atrofia muscular, y
activación de los procesos de senescencia / apoptosis (muerte celular) y de la remodelación
del tejido. Algunos de los genes más regulados son dianas de estudio actuales del grupo
como el gen de expresión reducida en cultivo PYGM o TRIM7 o el de expresión
incrementada PTX3.
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La obtención de la energía necesaria: el metabolismo muscular
Para que el músculo pueda obtener la energía que necesita para poder realizar sus funciones
y contribuir al correcto funcionamiento del cuerpo, es necesario que se produzcan todo un
conjunto de reacciones químicas reguladas por la célula que reciben el nombre de
"metabolismo muscular ". Se ha comprobado que debido a diversas enfermedades, la
regulación de éste metabolismo se ve alterada, provocando problemas importantes en la salud
de quien las padece. Oxidando diferentes nutrientes o compuestos orgánicos, el organismo
obtiene energía química mediante adenosina trifosfato o ATP, la molécula de intercambio
energético de la célula.
Estructura molecular del ATP y dibujo representando su función
Metabolismo en el músculo esquelético
La principal función del músculo esquelético es la del movimiento voluntario de diferentes
partes del cuerpo, aunque también participa en otras funciones fisiológicas, como la
producción de calor para mantener la temperatura corporal, o la regulación del gasto de
energía.
Representa entre el 40 y el 50% de la nuestra masa corporal y contiene prácticamente la
mitad de las proteínas del cuerpo. Presenta una gran capacidad de responder a las demandas
energéticas en condiciones cambiantes en muy poco tiempo. Dispone de distintos
mecanismos para conseguir la energía química que necesita, a través de la degradación de
diferentes nutrientes o sustratos: preferentemente de dos tipos: la glucosa (o su forma de
almacenamiento a los animales, es decir, el glucógeno) y los ácidos grasos. En el caso de la
glucosa, puede proceder de la sangre, de la dieta, de la glucosa que se sintetiza en el hígado ,
del glucógeno hepático o del muscular.
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Esquema representando el metabolismo de la glucosa en el músculo esquelético
Reservas energéticas del músculo esquelético
El músculo dispone de tres tipos de reservas energéticas para obtener ATP: la fosfocreatina,
una proteína que actúa como reservorio de grupos fosfato a partir de los cuales se puede
fabricar ATP, el glucógeno y los triglicéridos.
Las actividades de elevada intensidad son las que piden más producción de ATP en menos
tiempo, en estas condiciones son la fosfocretina y el glucógeno las reserv as que satisfacen
ésta demanda. Cuando el ejercicio es de baja intensidad, aunque sea de larga duración,
aunque el glucógeno sea el sustrato preferido, también se pueden utilizar los triglicéridos.
Estructura del glucógeno
Estructura de la glucosa
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Efecto del envejecimiento en las células musculares
Una fibra muscular es el resultado de la unión de varias células no diferenciadas con un único
núcleo llamadas mioblastos. El miotubo, formado por la unión de los mioblastos, se
caracteriza por presentar sus núcleos en posición central. Después, durante la diferenciación
de miotubos en fibra muscular, los núcleos se sitúan en la periferia de la fibra muscular.
Formación de mioblastos y miotubos
Déficits relacionados con la edad en el proceso regenerativo son resultado del agotamiento o
la degeneración del grupo de células satélite (células que tienen la capacidad de producir
células miogénicas, que eventualmente se podrán fusionar formando miotubos
multinucleados con la retirada de factores de crecimiento del medio) o de daños y cambios
fenotípicos en las fibras musculares. En los seres humanos, el envejecimiento muscular está
asociado a cambios en la estructura de la unidad motora, con la consecuente pérdida de la
capacidad contráctil y una disminución en la actividad metabólica, que normalmente
proporciona la energía necesaria para mantener el trabajo muscular. El proceso de
regeneración puede ser imitado in vitro, en el procedimiento de cultivo por explantes,
mediante la presencia en el tejido muscular de células troncales adultas, las llamadas células
satélite.
Las células satélite humanas o de roedor proporcionan una fuente de células uniformes ya
que no tienen un compromiso de linaje específico de su músculo amfitrión, de modo que la
expresión de genes de miotubos en cultivo se determina por el medio ambiente. Además, los
miotubos se pueden mantener en cultivo durante largos períodos, sin verse influidos por
ejemplo por hormonas u otros factores del contexto "social de la célula", aunque se desconoce
cómo cambian los patrones de expresión génica con el tiempo. Comprender la expresión
génica relacionada con los procesos degenerativos como el envejecimiento, la denervación o la
atrofia sigue siendo una cuestión de gran interés.
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2006: "Los miotubos humanos cultivados a largo plazo disminuyen su
expresión génica contráctil y regulan genes relacionados con la
apoptosis"
En 2006, el grupo publicó un trabajo en el que se evaluaban los cambios dependientes del
tiempo en miotubos que se mantenían en cultivo durante largos períodos, en términos de
expresión génica, como un modelo de envejecimiento in vitro. Se hizo un análisis de
transcripción con microrrays en un cultivo primario de miotubos durante siete semanas, y
los resultados demostraron una disminución en la expresión de genes relacionados con la
contracción muscular y la modulación de genes relacionados con la apoptosis, en favor de la
supervivencia celular. A pesar de ello, aún se necesitan más estudios sobre los genes que
son regulados in vivo en los procesos degenerativos que se dan con la edad, la denervación
o la atrofia.
Diabetes de tipo 2 y metabolismo muscular
La diabetes es una enfermedad que afecta el metabolismo en general; al grupo estudia cómo
afecta en concreto al músculo esquelético, ya que es un modelo a partir del cual se pueden
estudiar diferentes factores que influyen en la enfermedad.
La diabetes de tipo 2 o independiente de insulina, el tipo que trataremos en éste artículo, es
una enfermedad multifactorial pero que está asociada a la resistencia de las células diana a la
acción de la insulina. Aunque hay insulina en el cuerpo, las células no la reconocen. Esta
forma es la más frecuente, aparece normalmente en individuos adultos y está asociada a la
obesidad. Algunas de las cèl·lules principales que se hacen resistentes son las musculares y las
del tejido adiposo. Habitualmente éste tipo de diabetes va asociado a unos hábitos de vida
muy concretos que incluyen el sedentarismo y una alimentación inadecuada (el 80% de las
personas que padecen diabetes de tipo II tienen sobrepeso). Normalmente la enfermedad se
desarrolla de forma gradual sin síntomas obvios.
Su incidencia y prevalencia está aumentando debido al envejecimiento de la población y al
aumento de la prevalencia de la obesidad y las formas de vida sedentarias. Pese a que
tradicionalmente se ha asociado a personas adultas, el aumento del número de niños con
diabetes de tipo 2 es realmente alarmante.
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2011: Papel de la proteína pentraxina 3
En 2011, el grupo realizó diferentes estudios sobre el papel de la proteína pentraxina 3 (PTX3),
uno de los componentes clave del sistema inmune humoral innato. Se conoce que su
concentración está desregulada en la obesidad humana y el síndrome metabólico. En éste
estudio se exploró la relación entre la secreción de insulina y la sensibilidad, los marcadores de
obesidad y la expresión de PTX3 al tejido adiposo.
En conclusión, la correlación negativa entre PTX3 y la secreción de insulina estimulada por la
glucosa sugiere que PTX3 tiene un papel en el control metabólico. La expresión de PTX3 está
aumentada en los depósitos de tejido adiposo visceral en la obesidad, aunque los niveles
plasmáticos son inferiores, y algunas citoquinas proinflamatorias en los cultivos de adipocitos.
La enfermedad de McArdle
Otro tipo de enfermedad asociada al metabolismo muscular estudiada por el grupo, fue la
enfermedad de McArdle. Estudiaron las alteraciones moleculares que se producen a nivel
muscular en ésta enfermedad y realizaron un ensayo in vitro de terapia génica.
La enfermedad de Mc Ardle, también conocida por sus siglas en inglés GSD (Glycogen storage
disease) type V, es la enfermedad más común entre los diferentes tipos de afecciones por
almacenamiento de glucógeno. Sin embargo, es poco frecuente y es considerada una
enfermedad rara estadísticamente con un caso cada 100.000 personas.
Se informó de esta enfermedad por primera vez en 1951 por parte del doctor Brian McArdle
del Hospital Guy de Londres. La enzima asociada a esta deficiencia fue descubierta en 1959.
Esquemas que simbolizan los cambios metabólicos que se dan durante la enfermedad
de McArdle
Causas
La proteína enzimática clave en la movilización del glucógeno (proceso conocido como
glucogenólisis) es la glucógeno fosforilasa (GP). Ésta enzima degrada el glucógeno, liberando
las diferentes moléculas de glucosa que lo componen en forma de glucosa 6-fosfato, que de
esta manera puede ser utilizada por la célula para obtener energía.
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Degradación del glucógeno para obtener glucosa por parte de la
glucógeno fosforilasa
Hay tres isoenzimas diferentes de la glucógeno fosforilasa codificados por tres genes
diferentes, que aparentemente evolucionaron a partir de un gen ancestral común: PYGB (el
cerebro) PYGL (el hígado), y PYGM (el músculo esquelético).
Las mutaciones, cambios que se producen en la secuencia de los genes, si son perjudiciales,
afectan a la expresión de proteínas necesarias para la célula. La enfermedad de McArdle está
causada por mutaciones en el gen que codifica la isoenzima PYGM fosforilasa de glucógeno
muscular esquelético. que se encarga de degradar el glucógeno muscular para obtener
glucosa.
Desde 1993, se han identificado más de 100 mutaciones genómicas que causan la enfermedad
de McArdle. Sin embargo, la mayoría de las mutaciones se presentan en un único paciente o
en los miembros de la misma familia.
Síntomas
Debido a la incapacidad para obtener glucosa a partir del glucógeno muscular, las
características clínicas de ésta enfermedad incluyen intolerancia al ejercicio con crisis agudas
reversibles de fatiga prematura, mialgias y contracturas, a veces acompañadas por una grave
rabdomiólisis (descomposición del músculo esquelético) y presencia de mioglobina en la orina.
Éstos episodios son provocados por contracciones musculares estáticas o isométricas, así
como por ejercicios dinámicos y vigorosos como correr.
Tratamiento
La vitamina B6 por vía oral parece dar más resistencia a la fatiga. No hay una terapia
específica pero la combinación de ejercicio aeróbico y dieta alta en proteína puede ayudar, ya
que gracias al ejercicio el músculo se adapta extrayendo la glucosa desde la sangre, por lo que
no es necesaria la glucógeno fosforilasa muscular. Algunos pacientes, conociendo sus límites
en el ejercicio, pueden hacer una vida bastante normal.
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2010: Alteraciones moleculares en la enfermedad de McArdle
En el año 2010, el grupo realizó un estudio en el que identificaron las alteraciones moleculares
producidas por una mutación llamada p.R771PfsX33 en la biopsia muscular de 2 pacientes con la
enfermedad. Se analizó la actividad GP en biopsias del músculo de estos dos pacientes y en células
musculares cultivadas. Los principales resultados obtenidos fueron:
1 - En las biopsias musculares: los niveles de ARN mensajero que codifica para la isoenzima PYGM
eran un 60% menores que los observados en los controles . La actividad y expresión de la proteína
GP fue indetectable en uno de los pacientes.
Gráficos: niveles de las isoformas que se detectaron los cultivos
2. En las células musculares cultivadas: Se observó una fuerte reducción de los niveles de ARNm de
PYGM, tanto en células musculares cultivadas de pacientes como de los controles, en comparación
con los niveles observados en el tejido muscular. Éstos resultados indicaron que tanto en los
cultivos celulares de los pacientes y de los controles, a diferencia del tejido muscular esquelético, la
mayor parte de la proteína y actividad de GP era resultado de la expresión de las isoformas de
cerebro y del hígado, aunque todavía había algo de actividad resultante de la expresión del gen GP
del músculo esquelético. Según los datos obtenidos, se apoya la idea de que la pérdida de GP
muscular contribuía a inactivar la glucógeno sintasa (enzima encargada de la síntesis de glucógeno),
para prevenir la acumulación del glucógeno muscular.
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Posibles nuevas terapias
Imagen simbolizando la manipilació genética en el laboratorio
Las terapias avanzadas incluyen la terapia celular, terapia génica e ingeniería de tejidos. Estas
terapias forman parte de la llamada medicina regenerativa, un campo emergente de las
ciencias biomédicas que ofrece nuevas oportunidades para el tratamiento de algunas
enfermedades debidas a la pérdida de la función celular. Se trata de metodologías muy
novedosas que, en la mayoría de los casos, se encuentran en una fase experimental y son
pocas las que se consideran terapias ya consolidadas.
•
La terapia celular consiste en la utilización de células vivas (ya sean células madre,
progenitoras terapia o adultas) para restablecer o mejorar la función celular perdida en un
tejido o un órgano como consecuencia de una enfermedad degenerativa o una lesión
traumática.
• La ingeniería de tejidos combina la utilización de células y materiales para la reconstitución o
reemplazo de tejidos u órganos. Normalmente se utilizan células incorporadas a una
estructura tridimensional o matriz similar a la estructura del tejido o el órgano que se quiere
reemplazar.
• La terapia génica pretende tratar enfermedades, normalmente hereditarias, mediante la
introducción de material genético a las células para corregir o compensar el gen ausente o
defectuoso. Consiste en la introducción de genes en el genoma de un individuo al que le falta
de manera transitoria o estable . Hoy en día se puede aislar un gen determinado, y por medio
de un vector adecuado, (un plásmido bacteriano o un virus) amplificarlo en cultivo. La terapia
génica aún está en desarrollo, por lo que su aplicación se lleva a cabo principalmente dentro
de ensayos clínicos controlados, y para el tratamiento de enfermedades severas o de tipo
hereditario o adquirido.
Adenovirus
Adenovirus i ADN
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Problemas y ética
Algunos de los problemas de la terapia génica incluyen:
Naturaleza de vida corta de la terapia génica - antes de que la terapia génica sea una cura
permanente en cualquier condición, el ADN terapéutico introducido en las células debe
permanecer funcional y estable durante largos plazos en las células. Los problemas
relacionados con la integración del ADN en el genoma y la naturaleza de elevado grado de
división de muchas células provoca que haya grandes dificultades para lograr beneficios a
largos plazos. Los pacientes deben recurrir a múltiples rondas de terapia génica.
Respuesta inmune - cada vez que un objeto extraño es introducido en los tejidos humanos
debe someterse a la presión del sistema inmune que muy probablemente le atacará. El riesgo
de estimular el sistema inmune es un riesgo potencial que puede hacer que disminuya la
efectividad del tratamiento. Podría hacer imposible volver a aplicar un mismo tratamiento a
un paciente y haría descender la eficiencia de los primeros de modo creciente.
Problemas con los vectores virales - los virus, como vectores de un montón de estudios de
terapia génica conllevan una serie de problemas potenciales para el paciente - toxicidad,
respuestas inmune e inflamatoria, y dificultades de control. Además, existe el peligro de que
un vector mal diseñado, una vez dentro del paciente, pueda recobrar su capacidad infectiva.
Trastornos multigénicos - los mejores trastornos candidatos para la terapia génica son
aquellos que tienen su origen en una sola alteración puntual del genoma. La realidad es sin
embargo que la mayoría de enfermedades comunes tienen orígenes genéticos
multifactoriales, como las enfermedades de corazón, alta presión sanguínea, la enfermedad de
Alzheimer, artritis, o la diabetes. Los trastornos multigénicos y multifactoriales como estos
podrían ser mucho más difíciles de tratar efectivamente utilizando la terapia génica. Sin
embargo, se da el caso que como son enfermedades con grandes perspectivas de negocio por
parte de las empresas se está investigando mucho.
Inducción de tumor - si el ADN se integra en el lugar incorrecto del genoma, por ejemplo en
un gen supresión sor de tumor puede inducir un tumor.
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Terapia génica y enfermedad de McArdle
1994: Entrega de la glucógeno fosforilasa muscular en los miocitos
mediante adenovirus
En 1994, el grupo de investigación realizó un experimento que consistía en la entrega de la
glucógeno fosforilasa muscular en los miocitos mediante adenovirus. En este estudio se
examinó la viabilidad del uso de adenovirus como vectores para la introducción de la
actividad de la glucógeno fosforilasa en miocitos.
Los niveles de ARNm y la actividad total de la fosforilasa fueron incrementados en los dos
tipos de células después del tratamiento, aunque más eficientemente en los miotubos
diferenciados. El incremento en la actividad fosforilasa fue transitoria (15 días) en
mioblastos, mientras que en miotubos se observaron mayores niveles de expresión génica y
actividad, que se mantuvieron por encima de los niveles del control durante la duración del
estudio (20 días). La introducción de la fosforilasa muscular incorporó su capacidad
glicogenolítica. Los miotubos transducidos presentaron niveles inferiores de glucógeno en
condiciones basales. Además, estas células mostraron una glucogenólisis más extensiva en
respuesta a la adrenalina, , que estimula la fosforilación activadora de la glucógeno
fosforilasa y al carbonilo cianida m-clorofenilhidrazona, un acoplador metabólico.
Gráfico 2) Actividad de la glucógeno fosforilasa a mioblastos
La conclusión de este experimento fue que la transferencia del gen a miotubos les
proporcionó una capacidad glucogenolítica regulable. Y por tanto, que este sistema podría
ser útil para el tratamiento en la enfermedad de McArdle, para los pacientes con deficiencia
en la enzima glucógeno fosforilasa.
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Terapia génica y diabetes de tipo 2
1999: "Incremento en la eliminación de glucosa inducida por la
transferencia de la enzima glucoquinasa mediante adenovirus en el
músculo esquelético"
La glucoquinasa (GK) es una enzima clave en la regulación del metabolismo de la glucosa en
el organismo. Actúa como un sensor de glucosa integrando los niveles de glucemia con la
secreción de insulina. Mutaciones en el gen GCK pueden producir hiperglicemia o diabetes.
En la diabetes de tipo 2, la captación de glucosa estimulada por la insulina se ve alterada en el
músculo, contribuyendo a desarrollar hiperglicemia. En éste experimento, se introdujo el gen
GK de hígado en ratas recién nacidas. Se comprobó que mejoraba la eliminación de glucosa,
y ésto sugirió una base para el desarrollo de estrategias terapéuticas para la diabetes.
Investigación, asociaciones y entidades de financiación a nivel nacional e
internacional
A nivel de investigación internacional sobre enfermedades relacionadas con el metabolismo,
Estados Unidos representa una gran potencia. Algunas de las asociaciones y centros de
investigación importantes del mundo serían:
-Association for Glycogen Storage Disease: es una asociación que se creó en 1979 para dar
apoyo a pacientes y familiares con enfermedad de McArdle, y potenciar la investigación.
-The American Diabetes Association: es una asociación de Estados Unidos que trabaja para
combatir las consecuencias de la diabetes, y para ayudar a los afectados. La asociación financia
la investigación para gestionar, curar y prevenir la diabetes.
-Novartis: farmacéutica con el objetivo de investigar y comercializar productos para la
prevención y tratamiento de enfermedades.
-Federación Internacional de la Diabetes: es una organización de unas 200 asociaciones
nacionales en unos 160 países. Representa los intereses de la gente con diabetes y en riesgo.
.-UniQure: es líder mundial en investigación en terapia génica. Su producto principal, Glybera,
para el tratamiento de la deficiencia de la lipoproteína lipasa fue aprobado por la Comisión
Europea en Noviembre de 2012.
A nivel nacional destaca CIBER, un consorcio público español con los objetivos de liderar el
esfuerzo investigador en diabetes y enfermedades metabólicas relacionadas, así como en
acelerar la traslación de los resultados científicos a la práctica clínica.
Algunas asociaciones y empresas importantes que también colaboran en la financiación de la
investigación serían: CajaMadrid, La Caixa, la Fundación Alicia Koplowitz o la Marató de TV3.
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Conclusiones
Como hemos visto, el funcionamiento de ésta eficiente máquina que es nuestro organismo, y
en concreto del músculo esquelético, en nuestro caso, es un tema de una enorme
complejidad, con muchísimos factores implicados. En todos los sentidos, un mejor
conocimiento de cómo funciona nuestro organismo nos ayuda a todos, desde el ámbito de la
prevención hasta el de diagnóstico y tratamiento. En el caso de la prevención, ésto se pone de
manifiesto con la influencia del estilo de vida en la aparición de la diabetes tipo 2, en concreto
en el impacto de la dieta o del ejercicio físico. En cuanto a terapias, la terapia génica aún no se
aplica de forma generalizada a las enfermedades musculares, ya que es un tipo de tratamiento
que aún se encuentra en estudio . En el caso de los posibles nuevos tratamientos, se abre una
esperanza hacia los pacientes para mejorar su calidad y esperanza de vida gracias a la
investigación. En resumen, cultura, ciencia e investigación van unidas y son factores positivos y
absolutamente necesarios en nuestra sociedad.
Bibliografía
Artículos
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Entrevistas a diferentes miembros del grupo
Entrevista a Anna Maria Gómez Foix, investigadora principal del grupo
Anna Maria Gómez Foix es la investigadora principal del grupo
"Ingeniería celular y terapia génica", que se formó en 1992. Se licenció
en farmacia y terminó su tesis doctoral en 1988. En 1990 se marchó a
investigar a South Western Medical Center en Dallas (Texas), en Estados
Unidos. Actualmente combina investigación y docencia.
M.Carmen PG: ¿Cuál es la historia del grupo? Cómo y cuándo se formó?
Anna Maria Gómez: El grupo se formó un tiempo después de mi reincorporación en el
Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Barcelona, en el año
1992, después de mi estancia post-doctoral en Estados Unidos.
MP: Por qué te decidiste por ésta línea de investigación?
AG: Porque estaba relacionada con lo que había estudiado en mi tesis doctoral y estancia postdoctoral, control del metabolismo energético de células de mamíferos; me decidí por la línea
relacionada con el metabolismo muscular, ya que el cultivo de células musculares era una línea
a partir de la cual podíamos estudiar muchas patologías congénitas metabólicas humanas, que
era lo que a mí me interesaba. A partir de aquí, pusimos en práctica la técnica del cultivo
primario que nos enseñó un grupo de Estados Unidos, ya que era allí donde se hacía en ése
momento. Entonces empezamos a centrarnos bastante en estudiar el metabolismo del
músculo en diferentes patologías. En el ámbito de la terapia génica tal vez nos centramos un
poco menos ya que en cultivo era muy difícil reproducir lo que pasaba realmente en el tejido in
vivo.
MP: ¿Cuántos proyectos habéis desarrollado?
AG: Los proyectos son trianuales serían unos 7 financiados por el ministerio y otros por
empresas. Las empresas quizás en un momento se interesan por un proyecto, pero en nuestro
caso no han invertido de forma muy continua.
MP: ¿Qué investigáis actualmente?
AG: Hace poco nos ha pasado un grupo una línea de células de músculo esquelético humano
con dos genes incorporados que expresan telomerasa y CDK4, que hacen que sean inmortales,
pero presentan anomalías cromosómicas. Esto nos permite tener a nuestra disposición las
células sin tener que hacer tantos cultivos primarios, pero quizás todavía se tendrán que hacer
para estudiar patologías congénitas o para estudiar las propiedades de las células normales de
forma que sean lo más similares posibles a las del tejido in vivo. También hemos empezado a
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estudiar modelos de cultivo con células embrionarias, para reproducir al máximo y de la forma
más natural posible el proceso miogénico que ocurre en el tejido in vivo, pero es complicado
porque no están bien establecidos los mecanismos para dirigir la derivación a células
miogénicas.
MP: ¿Qué aplicaciones tiene lo que investigáis en la sociedad?
AG: Aplicaciones en biomedicina, industria, cultura y docencia.
MP: ¿Crees que puede funcionar la terapia génica?
AG: De hecho la terapia génica ya se está aplicando en determinadas enfermedades, es verdad
que hay que asumir un riesgo y se necesita más investigación, por éso de momento sólo se
aplica en enfermedades graves que no tienen cura, en que de momento no hay otra opción
satisfactoria.
MP: ¿Qué te gusta más del mundo de la investigación?
AG: Generar nuevos conocimientos, y poderlos aplicar al mundo de la biomedicina.
MP: Es difícil combinar investigación y docencia?
AG: Los profesores de universidad tenemos la obligación de hacer docència un determinado
número de horas. A mí me gusta la docencia y la transferencia de conocimientos, pero sí es
difícil combinarlo con investigación. Realmente lo es y más con la evaluación continuada, que
nos da mucho trabajo a los profesores. No obstante, considero que la combinación de
investigación y docencia nos da conocimientos científicos de utilidad para la docencia. Hay
algunas cosas que si no se llevan a la práctica cuestan más de asimilar. Se puede hacer
docencia sin investigar, pero en asignaturas muy especializadas me parece un valor esencial.
MP: ¿Cómo fue la experiencia en el extranjero?
AG: Mi experiencia fue muy buena. Estados Unidos tiene un nivel más alto en investigación y
yo lo pude conocer. Es una gran oportunidad y abre muchas puertas. A parte, es una
experiencia enriquecedora, ves otro estilo de vida. Yo vi que Estados Unidos es una gran
potencia investigadora, pero un país también de muchos extremos, se pueden encontrar cosas
muy buenas y cosas muy malas, hay gente muy rica y gente muy pobre.
MP: ¿Cómo es la relación entre otros grupos que estudian temas similares?
AG: La relación entre los diferentes grupos de CIBERDEM es buena de colaboración, pero es
verdad que entre grupos, hay competitividad siempre que los recursos son limitados.
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MP: ¿Cómo es la relación entre los miembros del grupo?
AG: Es buena, de colaboración, pero como hemos dicho antes, entre personas hay
competitividad siempre que los recursos son escasos.
MP: ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene por una persona hoy en día dedicarse a la
investigación?
AG: Es una actividad muy bonita y atractiva, de aprendizaje, pero es muy difícil de mantener
en éste país.
MP: ¿Qué consejo le darías a un alumno que se quisiera dedicar a investigar?
AG: Sobre todo que tenga claro que es ésto lo que le gusta, ya que es difícil obtener una
recompensa por éste esfuerzo, y que saque muy buenas notas, ya que la nota de la carrera es
lo primero que se tiene en cuenta a la hora de dar las becas para investigar.
MP: ¿Qué criterios utiliza para elegir un nuevo miembro del grupo?
AG: Actualmente la nota del expediente, debería ser de excelente o matrícula de honor. Hace
tiempo, quizá sí se tenían en cuenta otros criterios, como el perfil según las asignaturas que
había cursado el alumno o su motivación pero ahora es básicamente la nota, por el tema de las
becas.
MP: ¿Crees que se debería potenciar la divulgación científica?
AG: Sí, concienciar a la sociedad es una manera de potenciar la investigación.
MP: ¿Por qué crees que no se habla más de éstos temas en los medios de comunicación?
AG: Creo que en los últimos años se ha hecho un esfuerzo y que actualmente hay más
programas de divulgación, pero en la práctica se ve que quizá no tienen tanto éxito como los
programas que hablan de otros temas, quizá porque realmente no generan tanto interés o
porque deberían hacerse de otra manera.
MP: ¿Crees que España es un país atrasado en la investigación?
AG: Creo que hace unos años éramos un país bastante atrasado y nos pusimos un poco al día,
pero actualmente da la impresión de que volvemos hacia atrás.
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MP: ¿Crees que el Estado invierte suficiente en investigación hoy en día?
AG: El Estado ha invertido en investigación en los últimos años, pero siempre que hay crisis
recorta en investigación en primer lugar ya que no se considera una prioridad.
MP: ¿Cómo ves el futuro de la investigación?
AG: Muy difícil actualmente, si las cosas siguen así, por los recortes. Hay un alto nivel de
exigencia, pero si te gusta lo que haces si te sientes recompensado.
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Entrevista a María Guitart, investigadora post-doctoral
María Guitart es doctorada en Biología por la Universidad de Barcelona y
colabora con el grupo desde 2004. Ha dado algunas clases de prácticas
en la universidad.
M. Carmen PG: ¿Cómo entraste en éste grupo?
Maria Guitart: Busqué información al terminar la carrera, y fue gracias a una oferta que
encontré este grupo, hice una entrevista, fue bien y me quedé. Entonces hice el doctorado y
actualmente sigo investigando.
MP: ¿Qué es lo que más te gusta de tu trabajo? ¿Cómo es tu día a día?
MG: Que sea dinámico, es decir, que un día buscas bibliografía y lees artículos, otro haces más
trabajo de laboratorio, o vas a exposiciones o congresos, haces cosas diversas.
MP: ¿Cómo es la compatibilidad de éste trabajo con la vida personal?
MG: Si te dedicas realmente te implica muchas horas y cuesta desconectar, ya que siempre
hay cosas que hacer, pero tiene la ventaja de que el horario es muy flexible.
MP: ¿Cómo crees que has evolucionado desde que empezaste hasta ahora?
MG: Al principio, cuando empiezas el doctorado, tienes que empezar de cero ya que lo que
estudias es muy específico y en la carrera hay temas que sólo se dan muy superficialmente. Te
encuentras que tienes que aprender mucho y ponerte al día, leer mucho y quizás te sobrepasa
un poco, pero después ya vas más tranquilo.
MP: ¿Qué opinas de la formación que recibiste?
MG: Yo estudié aquí, la licenciatura de Biología en la Universidad de Barcelona, y entonces las
clases eran magistrales. El profesor hablaba, y los alumnos escuchaban. Había que explicaban
bien y otras que no. No había interacción ni participación, con lo cual era más difícil que el
alumno se implicara en la clase, quizás ahora con los seminarios y trabajos en grupo ésto ha
cambiado un poco. Pero el principal inconveniente era éste, clases muy magistrales y teóricas,
poco prácticas.
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MP: Tienes experiencia en el extranjero? Crees que es importante tenerla?
MG: No he estado largas temporadas fuera, pero sí que fui a hacer un proyecto, un mes en
Boston. Si que creo que la experiencia en el extranjero es muy importante, ya que aquí en
España la investigación es bastante precaria, y además en muchos trabajos así lo valoran muy
positivamente, o incluso te lo piden como requisito.
MP: ¿Cómo fue esa experiencia?
MG: Aprendí cosas y me lo pasé bien. El investigador principal era catalán, con lo cual me sentí
más integrada. Al principio tuve problemas con el idioma, pero no muy graves. Lo de cómo te
adaptas también depende de la persona, del tiempo que estés fuera, de muchos factores.
MP: Te sientes recompensada por tu trabajo?
MG: Te encuentras con el inconveniente principal: inestabiliad laboral y económica. Es por
ésto que es tan importante que tengas muy claro que lo quieres hacer y que es ésto lo que te
gusta, que por tu vocación puedas superar todos los obstáculos que hay para dedicarse a ello.
Yo lo tengo claro, y me siento compensada por éso, aunque no por el tema laboral y
económico.
MP: ¿Cómo es la relación entre los miembros del grupo?
MG: Entre algunos miembros del grupo, años atrás quizás hubo competitividad, porque los
presupuestos son muy limitados para dar becas a la gente, pero actualmente y en general a
nuestro grupo la relación es de colaboracion.
MP: Y entre los otros grupos?
MG: Entre diferentes grupos que estudian el mismo, si hay competitividad, pero en nuestro
caso formamos parte de CIBERDEM, que reúne diferentes grupos para colaborar y tener
visiones diferentes, y esto es muy importante.
MP: ¿Crees que se debería hacer más divulgación?
MG: Sí, realmente creo que la sociedad en nuestro país ve el mundo de la ciencia como un
mundo aparte, que no está familiarizada. Creo que hay que potenciar la divulgación, y de una
forma didáctica y amena, desde que los niños son pequeños, y por todos en general, para que
lo vean como algo que puede ser divertido e interesante, y no como una algo muy difícil y
ajeno, que sólo estudia un grupo reducido de gente.
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MP: También cambiar la imagen tópica que se tiene del científico actual, aislado en el
laboratorio?
MG: Sí, precisamente para dedicarte a ésto te favorece ser más abierto y sociable, para
conocer mucha gente de lugares diferentes, con diferentes visiones y el trabajo en grupo, que
es necesario.
MP: ¿Crees que hoy en día en nuestro país es difícil acceder a unos estudios y una cultura?
MG: Actualmente los precios de matrícula han subido y sí que es más difícil acceder a las
carreras por éso, pero el acceso a la cultura no es tan limitado como hace unos años. Internet
ha representado un avance muy grande para el acceso la información para todos. Pero
también es cierto que sigue habiendo una barrera socioeconómica importante para éste
acceso.
MP: ¿Qué ventajas e inconvenientes crees que tiene dedicarse a la investigación?
MG: El principal inconveniente es el tema económico y la inestabilidad laboral, la ventaja es la
satisfacción de cuando un experimento sale bien, aprender cosas nuevas, y estar dedicándote
a lo que te gusta.
MP: ¿Qué le dirías a alguien que quisiera dedicarse a investigar?
MG: Que lo haga sólo si esto es realmente lo que le gusta, no se puede hacer ni por dinero ni
para obtener una posición social importante.
MP: ¿Cómo ves tu futuro de la investigación hoy en día y el futuro de la investigación en
general?
MG: Un poco difícil, por lo que decía antes. En nuestro país, el gobierno lo primero que recorta
es en investigación, por ésta visión como un mundo aparte que decía antes, sin darle suficiente
importancia, y por eso su situación ha empeorado. En otros países las cosas tampoco están
muy bien, ya que la crisis es mundial, pero considero que mejor en comparación a como están
aquí.
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Entrevista a Óscar Osorio, estudiante de doctorado
Licenciado en Biología por la Universidad de Santiago, colabora con el
grupo desde 2008. Realizó el CAP (certificado de aptitud pedagógica) y
ha dado algunas clases de prácticas en la universidad. Ha realizado el
Máster en Biotecnología y actualmente está haciendo su tesis doctoral.
M. Carmen PG: ¿Cómo entraste en éste grupo?
Oscar Osorio: En primer lugar, escogí el itinerario de Biología Molecular, ya que era el que más
me interesaba y el que me pareció que tenía más salidas laborales. Acabé la carrera de
Biología en Santiago, y también realicé el CAP, luego hice el máster en Biotecnología en la
Facultad de Farmacia. Buscaba algún grupo de investigación para poder colaborar para mi
proyecto, y fue la coordinadora del máster que me orientó en la posibilidad de colaborar con
éste grupo, me encontré bien, me gustó y me quedé.
MP: ¿Qué es lo que más te gusta de tu trabajo? ¿Cómo es tu día a día?
OO: Lo que más me gusta de éste trabajo es que es bastante dinámico, colaboras en diferentes
proyectos, cada día haces cosas diferentes y aprendes cosas nuevas.
MP: ¿Cómo crees que has evolucionado desde que empezaste hasta ahora?
OO: Al principio te encuentras mucho más inseguro, lees los protocolos de cómo se hacen las
cosas muchas veces, pero cuando pasa el tiempo vas con más confianza y ya te lo tomas con
más calma.
MP: ¿Qué opinas de la formación que recibiste?
OO: Yo estudié en la Universidad de Santiago, y allí encontré profesores que explicaban mejor
y otras peor, como en todas partes. Creo que no todo el mundo sirve para enseñar y para
investigar, son cosas diferentes. Puede que seas muy bueno investigando, pero no a la hora de
transmitir conocimientos, ya la inversa. Una crítica es que las clases eran bastante teóricas, y
tú acababas la carrera con poca experiencia práctica.
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MP: Tienes experiencia en el extranjero? Crees que es importante tenerla?
OO: Yo no tengo experiencia en el extranjero, y el dinero que dan a las becas de estancias en el
extranjero son menores respecto antes, pero sí que creo que es importante tenerla. No
descarto la posibilidad de ir fuera en el futuro, de hecho muchos compañeros míos están
emigrando tal y como están las cosas en España.
MP: Te sientes recompensado por tu trabajo?
OO: Económicamente, no. De cara a lo que me dedico sí, ya que es lo que me gusta. Es un
trabajo en que las cosas salen mal muchas veces, se debe tener fortaleza psicológica para
aceptar los fracasos, y por eso es necesario tener mucha vocación. La investigación básica,
puede que no tenga una aplicación directa en la sociedad, pero los descubrimientos que
hacemos también pueden servir de base para otras futuras investigaciones más aplicadas por
parte de otros grupos.
MP: ¿Cómo es la relación entre los miembros del grupo?
OO: Entre los miembros de nuestro grupo hay colaboración, y esto es muy importante. El
laboratorio es pequeño y tenemos que ser pocas personas para trabajar, cuando hay 6
personas en un laboratorio muy pequeño, mucha gente y poco espacio, pues es normal que
haya alguna desavenencia. Pero en general hay mucha colaboración y buen ambiente.
MP: Y entre los otros grupos?
OO: Entre nuestro grupo y los demás de la facultad también hay colaboración, por ejemplo si
se nos acaban los productos para hacer algún experimento vamos a pedirle al de al lado.
Bueno, como en todas las relaciones humanas, entre algunas personas hay más amistad o
menos pero es normal. Entre diferentes grupos que estudian el mismo, si hay competitividad
para publicar, pero es importantísima la colaboración, ya que puede ser que un individuo pase
1 o 2 años estudiando lo que el otro ya ha descubierto, y éso es malgastar tiempo y dinero.
MP: ¿Crees que se debería hacer más divulgación?
OO: Sí, además creo que hay mucha pseudociencia, es decir información sobre los temas
científicos que no se fiable, y claro, la gente debería tener capacidad para discriminar.
MP: ¿Crees que puede tener futuro la terapia génica?
OO: Si se llegan a alcanzar los conocimientos necesarios para poder aplicarla, sí.
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MP: ¿Qué ventajas e inconvenientes crees que tiene dedicarse a la investigación?
OO: El principal inconveniente es el tema económico y la inestabilidad laboral, la ventaja es la
satisfacción de cuando un experimento sale bien, aprender cosas nuevas, y estar dedicándote
a lo que te gusta.
MP: ¿Cómo ves tu futuro en la investigación hoy en día y el futuro de la investigación en
general?
OO: En España actualmente no lo veo muy claro, ya que no hay mucha inversión.
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