Terapia de insulina con céllulas beta

N u ev o s e n fo q u e s
Terapia de insulina
` Philippe Halban
con céllulas beta
La bomba de insulina ofrece algunas ventajas para algunas
personas con diabetes tipo 1, que los libera de la tarea de
administrarse una serie de inyecciones cada día. Sin embargo,
el alto coste de la bomba y la necesidad de una cuidadosa
supervisión limitará su utilización a aquellos pacientes
pudientes que puedan contar con un apoyo médico
sofisticado. Este artículo propone la utilización de la "terapia
con células beta" con el fin de crear células de reemplazo
productoras de insulina. Trata sobre el funcionamiento de
estas células y explora algunas de las limitaciones que deben
tenerse en cuenta si se utilizan células de reemplazo
productoras de insulina modificadas genéticamente para
curar la diabetes tipo 1.
>>
Terapia externa de insulina
frente a la biología molecular
La diabetes tipo 1 es el resultado de
la destrucción autoinmune de las
células beta productoras de insulina,
que hace que las personas con esta
forma de diabetes dependan de una
terapia externa de insulina para
poder sobrevivir. Sin embargo, la
inyección subcutánea de insulina
apenas se asemeja al modo en que la
hormona es producida por una célula
beta. La bomba de insulina presenta
algunas ventajas para ciertos
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individuos, aunque de momento sigue
sin existir un medio al alcance de
todos para monitorizar la glucosa en
sangre de un modo continuo y no
invasivo que cierra el círculo de los
niveles de glucosa en sangre y el
ritmo de administración de la
insulina.
Incluso cuando dichos mecanismos se
pongan a la venta, seguirán sin
reproducir con fidelidad todos los
aspectos de la secreción fisiológica de
insulina tal y como la realizan las
28
células beta. Además, es probable que
sean caras y que requieran de una
cuidadosa supervisión por parte del
usuario y de su médico. Por lo tanto,
predigo que dichos mecanismos serán
utilizados exclusivamente por
pacientes ricos y cultos que vivan en
regiones del mundo con un apoyo
médico sofisticado. Si estoy en lo
cierto, ¿por qué no utilizar células en
lugar de mecanismos para reemplazar
las células beta que faltan?
De hecho, esto puede conseguirse hoy
día con cierto grado de éxito mediante
el transplante de islotes. Sin embargo,
nunca habrá los suficientes islotes
humanos como para satisfacer las
necesidades de todos los individuos
con diabetes del mundo entero.
Además, el éxito en el transplante de
islotes sigue dependiendo en el
presente de la inmunosupresión
que, aunque ha mejorado
ostensiblemente, sigue siendo motivo
de preocupación (debemos destacar
que queda desestimado su uso
continuado en niños).
Seguramente y por consiguiente haya
llegado el momento de utilizar la
biología molecular moderna con el fin
de construir una célula beta sustituta
o de reemplazo para una terapia
celular. Este enfoque puede
N u ev o s e n fo q u e s
Las células beta producen (en un proceso
denominado biosíntesis) y segregan
insulina mediante una serie de eventos
intracelulares complejos, perfectamente
sincronizados y bien regulados2. Las
nociones básicas son fáciles de describir
pero bastante más difíciles de imitar. El
gen de la insulina tan sólo se expresa
hasta cierto punto en las células beta.
Como cualquier gen, el ADN del que está
hecho se transcribe primero en un
mensajero "mARN". Este mARN dirige
entonces la fábrica celular que produce
un precursor de la insulina, denominado
adecuadamente "proinsulina". Esta
proinsulina se empaqueta entonces en
gránulos, pequeñas cápsulas de
almacenamiento que se encuentran en el
interior de la célula beta. Dentro de dicha
célula la proinsulina se convierte a
→
¿Cómo funciona una célula beta
normal?
→
En un artículo reciente de Diabetes Voice,
Jim Shaw hace un repaso de algunos de
los métodos en perspectiva para la
creación de dichas células beta de
reemplazo1. En este artículo, compañero
del anterior, me centraré más
específicamente en cómo funcionan las
células beta y en algunas de las
limitaciones que debemos tener en
cuenta si alguna vez la terapia que utiliza
células de reemplazo secretoras de
insulina modificadas genéticamente
consigue curar la diabetes tipo 1. Aunque
todos deberíamos ser conscientes de los
obstáculos inmunológicos de la terapia de
células beta, tales como el rechazo de los
injertos, éste no es el lugar para hablar de
los mismos.
→
denominarse "terapia de células beta",
incluso si las células no son genuinas
células beta, o "terapia génica", cuando las
células utilizadas son modificadas
genéticamente in vitro antes de su
implante.
Figura 1: Tiempo estimado que transcurre a partir del momento de la
estimulación hasta la primera aparición de insulina en la circulación – la
producción de insulina se realiza en varios pasos. El ADN, la química del gen;
el mARN, el mensajero químico desde el gen hasta la fábrica de proteínas de la
célula; las células beta, células que normalmente producen la insulina; la
célula X, célula regulada tan sólo mediante la estimulación del gen para producir
un mensajero.
continuación en insulina, la forma activa
de la hormona.
()
Las células beta son
la clave para
conseguir un
mecanismo perfecto
de círculo cerrado
que regule los
niveles de azúcar en
sangre.
Cada célula tiene unos 10.000 gránulos,
y cada gránulo unas 200.000 moléculas
de insulina. La insulina es almacenada
dentro de estos gránulos y tan sólo se
envía a la corriente sanguínea con el
aumento de los niveles de glucosa en
sangre que tiene lugar tras una comida.
La insulina actúa sobre las células
hepáticas, musculares y adiposas que
estimulan al organismo para que
metabolice la glucosa y evitan que el
hígado produzca más y la envíe a la
sangre. El resultado es un descenso
rápido de los niveles de glucosa en
sangre. A su vez, esto devuelve una
señal a las células beta para que
detengan la secreción de insulina. He
29
aquí un ciclo que se cierra a la
perfección.
Estimulación mediante glucosa
de las células beta y sus tiempos
Tal y como mencionamos anteriormente,
la glucosa estimula la secreción de
insulina. Sin embargo, éste no es el único
efecto que tiene sobre la célula beta. Tal
y como se muestra en la figura 1, la
glucosa también estimula la producción
del mensajero mARN desde el ADN del
gen de insulina (un proceso denominado
"transcripción" del ADN en el mARN en
la figura 1) así como la traducción del
mensaje de este mARN en la producción
de la proteína proinsulina.
Cada uno de estos pasos de la figura 1
lleva su tiempo. Se entiende que cuanto
más lejos esté el paso de estimulación
inicial del paso de secreción de
insulina a la circulación, más tiempo
transcurrirá entre dicha estimulación
hasta el aumento de los niveles de
insulina en sangre. Por lo tanto, mientras
que por un lado es cierto que la
glucosa estimula la formación del
mARN de insulina, al menos 1 hora
transcurre desde el principio de este >>
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tipo de estimulación hasta el momento
en que se observa un aumento en la
secreción de insulina. Esto contrasta con
la estimulación directa de la secreción
por parte de la glucosa, mediante la
descarga de los gránulos de
almacenamiento, cuyo efecto puede
observarse en uno o dos minutos.
¡Es el gránulo!
El gránulo es el alma de la célula beta.Tal y
como mencionamos anteriormente,
permite el almacenamiento de insulina y la
secreción de la cantidad precisa de insulina
en respuesta ante un aumento de los
niveles de glucosa. En realidad, la célula
beta es aún más sofisticada, ya que la
secreción de insulina puede estimularse
mediante muchas otras moléculas además
de la glucosa. Entre éstas se encuentran los
aminoácidos (los bloques de construcción
de las proteínas), los ácidos grasos y
algunas otras hormonas que envían señales
y que se producen en el intestino
(neuropéptidos).
Pero, en cualquier caso, la secreción de
insulina siempre tiene lugar a partir de los
gránulos. He aquí donde empiezan
nuestros problemas. Es fácil alterar
cualquier célula (no beta) de modo que
pueda producir insulina mediante la
utilización de técnicas modernas de
biología molecular. De hecho, esto ya se
consiguió hace 20 años en células
pituitarias3. Pero obligar a las células a
segregar insulina rápidamente en respuesta
a la glucosa (que no es el caso de dichas
células pituitarias) es un tema bien distinto.
Goteo controlado de insulina
La secreción de insulina desde las células
beta está, por lo tanto, notablemente bien
regulada. Debe estarlo si quiere asegurar
niveles equilibrados normales de glucosa.
Ensayos clínicos recientes, y de modo
destacado el DCCT (Diabetes Control and
Complications Trial, o Ensayo sobre el
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Volumen 47 Número 4
control y las complicaciones de la
diabetes), nos han demostrado la
importancia de un estrecho control de
la glucosa en el control de la diabetes
tipo 1. Sin embargo, el riesgo de
padecer hipoglucemia como resultado
de una terapia de insulina
excesivamente intensiva está hoy día
demasiado presente. Cualquier célula
beta de reemplazo que se utilice en el
tratamiento de la diabetes tipo 1
tendrá que funcionar realmente bien
con el fin de limitar las excursiones en
cualquier dirección (por exceso o por
defecto). Hemos revisado
recientemente y con cierto grado de
detalle los que consideramos deben
ser requisitos mínimos en una terapia
con células beta4 y recomendamos a
nuestros lectores que consulten esta
revisión técnica si quieren profundizar
más allá de lo que cubre el presente
artículo.
( )
Muchos estudios
publicados por
grupos que
trabajan en favor
de una cura para
la diabetes tipo 1
podrían estar
equivocados.
La mayoría de los grupos que trabaja
en este campo no parece prestarle
mucha atención al funcionamiento de
las células beta cuando formulan sus
estrategias de terapia celular.
Probablemente esto no carece de
relación con las posibles recompensas
económicas de "curar" la diabetes,
pero no tiene un reflejo claro sobre la
actitud de estos científicos hacia el
paciente. En consecuencia, la mayoría
de grupos está intentando producir
insulina… ¡a partir de células que no
tienen gránulos!
30
Estas células pueden segregar proteínas
mediante la utilización de la denominada
vía "constitutiva", básicamente por goteo.
El ritmo de secreción no puede, por lo
tanto, estar influido por el entorno de la
célula. No hay modo de hacer que estas
células respondan a los niveles de glucosa
en sangre como células beta normales,
con un aumento casi instantáneo de la
secreción de insulina. Sin embargo, es fácil
asegurar que la insulina es la principal
forma de proteína segregada y no la
proinsulina, su precursor, que es menos
activo (y potencialmente no deseable).
Como medio para evitar lesiones, hoy día
la mayoría de los investigadores se está
asegurando de que la expresión del gen
de insulina puede estimularse mediante la
glucosa. Ocasionalmente puede ser
inhibido por la misma insulina, ofreciendo
un elegante círculo de respuesta negativa
diseñado para limitar la hipoglucemia5. La
excepción más destacable a esta
tendencia fue el interesante estudio de
Cheung et al en el que se describe la
secreción de insulina regulada por glucosa
a partir de células K intestinales alteradas
mediante ingeniería genética6.
¿Por qué, sin embargo, considero que
estos otros estudios podrían estar en un
error? Volvamos a echarle un vistazo a la
figura 1. Al colocar en su lugar la
regulación mediante la glucosa de la
transcripción (el paso del ADN al mARN)
y quizá un día de la traducción (del
mARN a la proinsulina, aún no
conseguida pero, en mi opinión, viable) sin
que la acompañe la regulación de la
secreción, el tiempo de emisión de
insulina estimulada a partir de la célula
Inmunosupresión
La inmunosupresión es el acto de
suprimir el sistema.
N u ev o s e n fo q u e s
modificada mediante ingeniería genética
se verá inevitablemente comprometido.
De hecho, tal y como mencionamos
anteriormente, transcurrirá al menos 1
hora antes de que las primeras
moléculas de insulina recién hechas
empiecen a ser segregadas en respuesta
a un aumento de los niveles de glucosa
en sangre.
Y lo que es peor, mientras que la
secreción de insulina desde las células
beta desciende en cuanto caen los
niveles de glucosa en sangre, se sabe que
el mARN de la insulina permanece
durante algún tiempo en la célula. Esto
significa que el tiempo que tardan en
desconectar las células beta de
reemplazo construidas de este modo
sería realmente demasiado. La insulina
seguiría fluyendo desde la célula durante
muchas horas incluso aunque
descendiese el nivel de glucosa en
plasma. ¡Esta no es la cura de la diabetes
tipo 1!
Imaginemos cuáles serían las
consecuencias para una persona con
diabetes tipo 1 tratada de este modo.
Esto se muestra en la figura 2. Me
apresuro a destacar que, hasta donde
mi conocimiento alcanza, ningún
experimento de este tipo se ha
realizado hasta la fecha en humanos.
De hecho, la terapia celular de la
diabetes (definida aquí como el uso de
células modificadas genéticamente y no
de islotes) está aún en pañales y los
tests in vivo están limitados a animales
pequeños. Los gráficos de la figura 2
son, por lo tanto, imaginarios. Para
controlarse se han derivado, sin
embargo, a partir de resultados reales
en individuos normales y están basados
en lo que ya se ha demostrado en
ratones extrapolándolo a humanos en
condiciones de recibir terapia celular.
Digamos de paso que esta
extrapolación es, de hecho, bastante
difícil de realizar, dado que los ratones
no son un modelo válido de equilibrio
del nivel de glucosa en humanos.
figura 2. En un individuo normal, la
inyección intravenosa de glucosa tiene
como resultado un rápido aumento de
la glucosa, tal y como se representa
mediante la línea continua del gráfico
superior. Esto implica un aumento de la
insulina en plasma gracias a la
estimulación de la secreción de insulina
desde la célula beta provocado por un
alto nivel de glucosa en plasma, tal y
como indica la línea continua del gráfico
inferior. En cuanto aumenta la insulina, la
glucosa comienza a bajar y la emisión de
insulina desde las células beta desciende.
No hace falta ser científico espacial
(¡ni siquiera diabetólogo!) para
comprender la importancia de la
Ahora fijémonos en el "paciente" de la
terapia celular. Si observamos la línea
discontinua del gráfico superior,
podemos ver que la glucosa aumenta
igual de rápidamente, pero es de
destacar cómo se mantiene alta durante
un período mucho mayor. ¿Por qué
sucede esto? Echémosle un vistazo a
la curva representada mediante la línea
discontinua en el gráfico inferior. Los
niveles de insulina no aumentan en
absoluto durante los primeros 30
minutos. A los 60 minutos se produce
un cambio muy pequeño, aunque puede
percibirse.
control
Terapia con céclula “X”
Insulina en plasma
Insulina (pM)
Glucosa (mM)
Glucosa en plasma
Tiempo (min)
Tiempo (min)
Figura 2: Datos calculados para un test intravenoso de tolerancia a la glucosa (IVGTT) en
un individuo normal y en una persona con diabetes tipo 1 tratada con terapia de células
beta que utiliza la célula "X" de la figura 1. Estos datos no proceden de un estudio real y
tan sólo tienen un fin ilustrativo. El autor agradece al Dr. Steven Kahn, de Seattle, por su
ayuda en la preparación de esta figura.
31
En unos 90 minutos aproximadamente,
tanto la glucosa como la insulina
retornan a los niveles basales.Tan sólo
hubo un período corto de
hiperglucemia y no hubo hipoglucemia
profunda. Este individuo no habría
estado peor si se hubiese ofrecido
voluntario para este test intravenoso
de tolerancia a la glucosa (IVGTT).
Tal y como mencionamos
anteriormente (figura 1), este es el
tiempo mínimo que transcurre antes
de que aumente la secreción de insulina
desde la célula beta de reemplazo como
consecuencia de la estimulación de la
transcripción genética. Resulta más >>
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N u ev o s e n fo q u e s
preocupante el hecho de que los
niveles de insulina continúen
elevándose incluso en un momento en
el que la glucosa ha vuelto a niveles
basales. Esto sucede debido a la
lentitud de la respuesta mencionada
anteriormente. Las consecuencias
son devastadoras e inevitables: un
nivel inadecuadamente alto de
insulina provocará una hipoglucemia
profunda. Este paciente no se sentirá
bien en absoluto durante el IVGTT y,
de hecho, podría ser necesario
invertir la hipoglucemia mediante la
administración de glucosa.
(
Debemos estar
completamente
seguros de que
somos capaces de
proporcionar una
alternativa
realmente eficaz a
la insulina
inyectada antes de
anunciar una cura
para las personas
con diabetes
tipo 1.
)
¿Propaganda o esperanza?
La comunidad de científicos que
trabajan por conseguir una terapia
celular o génica de la diabetes, entre
los cuales me encuentro yo mismo,
debemos estar completamente
seguros de que somos capaces de
proporcionar una alternativa segura y
realmente eficaz a la insulina
inyectable antes de anunciar una
"cura" para la diabetes de tipo 1 a
todos aquellos que tienen la
enfermedad. De lo contrario seríamos
bastante irresponsables. No creo que
los modelos actuales que utilizan
células secretoras de insulina
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reguladas tan sólo a nivel de
biosíntesis puedan aún ofrecer una
cura. Eso sí, estoy de acuerdo con que
estas células, o quizá una versión
mejorada de las mismas, puedan un
día llegar a demostrar su utilidad para
la administración de dosis bajas de
insulina, reguladas a largo plazo, en
individuos con diabetes tipo 2. Eso, sin
embargo, es un tema completamente
distinto y que podemos discutir en
otro momento.
Conclusión
No quiero parecer demasiado
pesimista. Por el contrario, estoy tan
emocionado como cualquiera ante la
perspectiva de una terapia génica para
la diabetes que utilice células beta de
reemplazo de diseño. Creo que será
posible. Creo que será mucho más
eficaz que la insulina inyectada y más
barato y accesible que cualquier
futuro mecanismo de círculo cerrado.
Creo que el transplante de células
beta de reemplazo podrá algún día
llegar a convertirse en una gran
alternativa al transplante de islotes, no
sólo en términos de disponibilidad,
sino también como medio de evitar la
necesidad de inmunosupresión.
Creo, por lo tanto, que la terapia con
células beta puede ofrecer algún día
una cura segura para la diabetes tipo
1 en todo el mundo. Pero no me
pregunten cuándo llegará ese día o
qué forma adoptará la terapia celular.
Esto es tan sólo el principio de un
viaje emocionante, que resulta aún
más excitante gracias a los progresos
actuales en biología con células
madre. En mi opinión aún no
podemos avistar el final, pero, si
basamos el progreso en nuestro
entendimiento del funcionamiento de
las células beta, nos daremos cuenta
cuando hayamos llegado.
32
` Philippe Halban
El Dr Philippe Halban es biólogo
celular y catedrático de la Facultad
de Medicina de la Universidad de
Ginebra, en Suiza. En la actualidad
es presidente de la Asociación
Europea para el Estudio de la
Diabetes (EASD). Las opiniones presentadas en este artículo son suyas y
no necesariamente las de la EASD.
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