Terapia génica:

N u ev o s e n fo q u e s
Terapia génica:
Buscando alternativas a las
inyecciones de insulina
Por James Shaw
Tanto la diabetes tipo 1 como la tipo 2 aumentan
enormemente el riesgo de muerte por enfermedad cardiaca
y son las principales causas de ceguera, amputación del
pie y fallo renal. Hoy existen pruebas concluyentes de que
estas complicaciones a largo plazo pueden prevenirse si
mantenemos los niveles de glucosa en sangre lo más cerca
Aunque la diabetes tipo 1, rápidamente fatal
sin una sustitución de la insulina, se está
haciendo más común, la mayoría de las
personas con la afección tiene diabetes tipo
2, por lo que no necesita inyecciones de
insulina para sobrevivir. Sin embargo, una
pérdida inexorable de la capacidad de su
propio organismo para segregar insulina
durante un período de varios años conlleva
un aumento de la necesidad de terapia de
insulina también en estas personas.
posible a la normalidad. Sin embargo, conseguir esto con
inyecciones convencionales de insulina tiene como
resultado un aumento del triple del número de ataques
discapacitadores debidos a niveles bajos de glucosa
(hipoglucemia). Por lo general, puede conseguirse un
control lo suficientemente bueno mediante un considerable
esfuerzo continuado por parte del individuo y una
contribución intensiva por parte de los servicios sociales.
En el rápidamente creciente campo de la terapia génica, se
están generando y examinando nuevas ideas que
proporcionan soluciones alternativas a las inyecciones de
insulina.
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Nuevos modos de administrar
insulina
Se han creado recientemente preparados
de insulina por medio de la ingeniería
genética que entran más rápidamente en la
corriente sanguínea tras ser inyectados por
vía subcutánea.También pueden ya
obtenerse insulinas modificadas con el fin de
proporcionar un reemplazo de insulina más
estable durante las 24 horas. Sin embargo, la
absorción de insulina por parte del
organismo tras su inyección por vía
subcutánea es intrínsecamente muy variable,
y sigue siendo poco probable que se puedan
conseguir los niveles basales constantes de
insulina entre comidas y a lo largo de la
noche que se observan entre quienes no
tienen diabetes. De hecho, la inyección
subcutánea de insulina ha sido descrita de
modo memorable por Sir George Alberti
como "la insulina equivocada en el lugar
equivocado y en el momento equivocado".
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Las bombas que se llevan de modo
externo o que se implantan
quirúrgicamente pueden suministrar
insulina a un ritmo constante con la
posibilidad de aumentar el ritmo del
suministro durante las comidas. Sin
embargo, las bombas son caras de
adquirir y de mantener, y en el
presente tan sólo se usan de modo
generalizado en los Estados Unidos y
en algunas zonas prósperas de Europa.
Transplantes
Páncreas humano
La insulina se produce y se segrega
desde unos "islotes" de tejido del
páncreas, una glándula situada tras la
parte baja del estómago. El transplante
de todo un páncreas obtenido post
mortem de donantes humanos ofrece
un verdadero potencial de cura para la
Islotes procedentes de
páncreas de donantes
humanos o animales y
células secretoras de
insulina modificadas
mediante ingeniería
genética pueden inyectarse
directamente en la vena
porta, evitando así una
operación quirúrgica.
diabetes, al restaurar los niveles
normales de insulina. Sin embargo,
además de requerir una importante
operación quirúrgica con sus posibles
complicaciones, este procedimiento
necesita un tratamiento de por vida
con medicación tóxica
inmunosupresora (medicamentos que
impiden que el organismo luche contra
sustancias extrañas) para evitar el
rechazo del transplante. Además, el
suministro de órganos es escaso. El
transplante de páncreas, por lo tanto,
se ha restringido principalmente a
aquellos que también necesitan un
transplante de riñón.
Células de islotes de cerdos
Células de islotes humanos
Más recientemente, tras el aislamiento,
purificación y transplante de los islotes
secretores de insulina de páncreas
humanos procedentes de donantes, un
pequeño grupo de individuos con
diabetes tipo 1 tratados en Edmonton,
Canadá, ha podido abandonar las
inyecciones de insulina y continuar con
niveles normales de glucosa hasta
durante dos años. Se evita la operación
abierta mediante una inyección guiada
por rayos X de células a través de la
piel y el hígado y hasta la vena porta,
que lleva la sangre desde el páncreas y
Receptor
Donante
Vena porta
Aislamiento de islotes
Páncreas
Jeringa
Páncreas
Células beta
Islote de
Langerhans aislado
Islote del páncreas
el intestino hacia el hígado (ver figura
abajo). Se esperan con impaciencia los
resultados a un plazo más largo, tanto
en términos de independencia
continuada de la insulina como de
inocuidad de la nueva medicación
inmunosupresora que se utiliza en este
enfoque. Se necesitaron páncreas de al
menos dos donantes para cada uno de
los pacientes de Edmonton. La
generalización de la aplicación tanto
del transplante de páncreas como de
islotes aislados, por lo tanto, se verá
gravemente restringida por la limitada
disponibilidad de tejidos de donantes.
Células modificadas
genéticamente para
su transplante
Islote en la vena porta
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La utilización de tejido pancreático
derivado de cerdos es complicada por
la preocupación que causa el riesgo de
contagio de infecciones virales porcinas
que podrían ser más dañinas en
humanos, junto con la agresiva
respuesta inmune que se puede
producir contra un tejido extraño
procedente de otra especie. Este
último problema ha llevado a intentar
clonar cerdos modificados
genéticamente que no contengan los
genes responsables del rechazo.
Ingeniería genética
Células de roedores
Una solución a la disponibilidad
limitada de tejidos para el transplante
sería la producción en laboratorio de
células secretoras de insulina para su
almacenamiento en bancos de tejidos
previamente al transplante. En
roedores, esto se ha conseguido con
éxito por irradiación o mediante la
ingeniería genética de las células beta,
las células que producen normalmente
insulina en los islotes. Se necesita
modificarlas aún más para desactivar
los genes responsables de la
producción de insulina de roedor,
reemplazándolos por otros que
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El enfoque de células de islote producidas mediante ingeniería genética
♦ Modificación genética de células secretoras de insulina obtenidas de niños con síndrome de superproducción
de insulina.
♦ Cultivo de células madre embrionarias con un conjunto específico de factores de crecimiento que hace que se
conviertan en células secretoras de insulina.
♦ Cultivo de células madre de conductos del páncreas que tienen la capacidad de convertirse en células
secretoras de insulina en las condiciones adecuadas.
produzcan insulina humana.También es
necesario realizar cambios para prevenir
una secreción máxima de insulina ante
niveles bajos de glucosa, algo que suele
ocurrir con estas células y que de otro
modo podría producir niveles
peligrosamente bajos de glucosa tras el
transplante.
Células humanas
La producción de células beta humanas
en laboratorio había sido infructuosa
hasta trabajos recientes sobre el tejido
de un niño con una rara afección que
consiste en segregar persistentemente
altas cantidades de insulina que no se
regula por los niveles de glucosa en
sangre. Esta afección la causan unas
mutaciones en el código genético de una
proteína conocida como el receptor de
sulfonilurea, que, junto con un canal que
transporta potasio a través de la
membrana exterior de la célula del
islote, juega un importante papel en la
regulación normal de la secreción de
insulina. El reemplazo del gen del
receptor de sulfonilurea anormal, de un
gen que produce el canal de potasio y de
otro gen que regula la producción de
insulina (denominado PDX-1) ha dado
como resultado una línea de células beta
de islote que pueden cultivarse en
laboratorio y que segregan insulina de
modo normal como respuesta a las
cambiantes concentraciones de
glucosa. Aún quedan por realizarse
estudios con esta línea de células beta en
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animales con diabetes.También se
necesita un mecanismo para detener la
posterior proliferación de las células
tras su implante antes de que pueda
determinarse la viabilidad de este
enfoque como terapia génica de la
diabetes.
Otros grupos están evaluando la
posibilidad de inducir células madre
procedentes de embriones a formar
tejido de islotes. Las células madre son
células inmaduras capaces de
desarrollarse hasta convertirse en
distintos tipos de células especializadas.
Se han producido con éxito células beta
mediante el cultivo de células madre de
embriones de ratón en las condiciones
apropiadas con un cóctel específico de
factores de crecimiento. Estas células
producen insulina y, para nuestra
satisfacción, se ha demostrado que
normalizan los niveles de glucosa en
sangre tras ser implantadas en ratones
con diabetes. Sin embargo, este trabajo
aún se encuentra en etapa de formación
y sigue existiendo la preocupación ética
acerca de la utilización de tejido
embrionario humano para la terapia
génica.
Se ha demostrado recientemente que
las células de islotes tienen una
capacidad mucho mayor de
regeneración de la que se pensó
anteriormente.Tienen un índice
relativamente alto de recambio en
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personas y animales sin diabetes,
observándose retoños de nuevos islotes
en los conductos de sectores del
páncreas que intervienen en la
secreción de jugos digestivos hacia el
intestino. Esta capacidad se ha
aprovechado en laboratorio para
producir nuevos islotes a partir de
tejido pancreático procedente de
roedores, cerdos y humanos. Se espera
que esto permita obtener un número
mucho mayor de islotes procedentes de
órganos de donantes, reduciendo así las
limitaciones impuestas por la inadecuada
disponibilidad de tejidos para el
transplante.
Prevenir el rechazo
El rechazo de los transplantes tiene
lugar cuando los leucocitos, que luchan
contra las infecciones, detectan una
proteína extraña en la superficie de las
células.Todos los enfoques que
requieren el transplante de tejidos
extraños resultan complicados hoy día
por la necesidad de inmunosupresión
para toda la vida para paralizar a los
leucocitos. Se esperaba que el rechazo
inmunológico podría prevenirse sin
medicación rodeando las células
transplantadas con un material sintético
que contuviese poros lo suficientemente
grandes como para permitir la entrada
de oxígeno y glucosa y la salida de
insulina, pero lo suficientemente
pequeños como para evitar el ataque de
los anticuerpos, las proteínas que el
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cuerpo produce para protegerse a sí
mismo de las sustancias extrañas. Se han
utilizado varios polímeros para formar
microcápsulas (que rodean a cada islote)
o macrocápsulas (que encapsulan un
grupo de células). Existe, sin embargo,
una considerable tendencia a que estas
cápsulas se rompan y a que los poros se
vean bloqueados por las células que los
rodean. Además, siguen saliendo de las
cápsulas proteínas extrañas, provocando
una respuesta inmunológica, mientras
que unas moléculas más pequeñas
conocidas como citoquinas aún pueden
entrar y provocar el rechazo del tejido
transplantado dentro de la cápsula.
Al inyectar genes en un
músculo, éste los absorbe y
los activa. Esta fotografía
muestra la sección
transversal del músculo de
una rata al que se le había
inyectado siete días antes
un gen para conseguir una
proteína fluorescente. Ha
absorbido el gen y lo ha
activado para producir la
proteína que puede
detectarse mediante su
fluorescencia.
Un enfoque alternativo es el implante
de un páncreas artificial, una estructura
de plástico que contiene tejido de
islotes pancreáticos conectado mediante
tubos a los principales vasos sanguíneos,
de modo que tiene su propio suministro
de sangre. Esto se ha probado en
perros, pero entre las complicaciones se
encuentra el sangrado interno y la
formación de coágulos peligrosos.
Estos problemas han llevado a intentar
la modificación de las células
transplantadas mediante ingeniería
genética para prevenir un ataque
inmunológico. Entre estos enfoques
"inmunoadaptadores" se encuentra la
alteración de las proteínas producidas
por las células transplantadas, de modo
que resulten menos extrañas; la
producción de citoquinas protectoras
que contrarresten la respuesta
inmunológica; y la expresión de factores
que prevengan que las citoquinas
anfitrionas ataquen al transplante. Estas
técnicas aún se encuentran en una fase
temprana de su desarrollo. Al igual que
protegen las células transplantadas,
podría ocurrir que también protejan a
las propias células beta del individuo de
un ataque inmunológico, evitando con
esto la recurrencia de la diabetes tipo 1.
Terapia génica mediante la
utilización de las propias células
Hay quienes creen que los enfoques que
utilizan el transplante de tejido extraño
seguirán siendo prohibitivamente caros,
incluso si se puede evitar el rechazo del
injerto y la recurrencia del proceso
diabético inicial, que produce el fallo de
las nuevas células beta secretoras de
insulina. El transplante, por lo tanto, no
parece ser una opción viable para la
mayoría de las personas con diabetes
tipo 1 de todo el mundo.
Células musculares
Mi grupo de científicos y otros han
demostrado en roedores que músculos
como los de la pierna pueden absorber
y activar nuevos genes tras una simple
inyección de ADN puro, la sustancia de
la que están hechos los genes (ver foto).
El músculo es fácilmente accesible a
través de la piel, y tiene un buen
suministro sanguíneo.Tras la inyección
de genes humanos de insulina,
modificados para ser procesados con
normalidad en células como las
musculares que no forman glándulas por
naturaleza, se han observado niveles casi
normales de insulina humana en
circulación en ratas durante hasta cinco
semanas. Los niveles de glucosa en
sangre se han reducido de modo
importante sin resultar peligrosamente
bajos.
Utilizando secuencias de ADN que se
han desarrollado en bacterias para
hacerlas resistentes al antibiótico
tetraciclina, la cantidad de insulina que
se produce y se segrega en los músculos
puede controlarse y detenerse gracias a
este medicamento inocuo. De modo
similar, al utilizar secuencias de ADN
que regulen la producción de genes de
insulina como respuesta a los cambios
de los niveles de glucosa, esperamos
conseguir una secreción de insulina
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realmente adaptada a los niveles de
glucosa a partir de las propias células
musculares del individuo. Esta técnica
ofrece la posibilidad de restaurar los
niveles basales constantes de insulina
durante períodos prolongados tras una
sola inyección, evitando con ello el
transplante y la inmunosupresión.
El transplante no
parece ser una
opción viable para la
mayoría de los que
tienen diabetes tipo
1 de todo el mundo.
Si, sin embargo, queremos imitar el pico
en la secreción de insulina que se
detecta normalmente durante las
comidas, necesitaremos un sistema para
segregar rápidamente la insulina
almacenada en las células musculares.
Con este fin, estamos desarrollando un
sistema diseñado para que las células
respondan a una sustancia ingerida por
vía oral con las comidas. De este modo
podrá restablecerse el suministro de
insulina tanto basal como durante las
comidas.
éstos se han modificado para minimizar
cualquier riesgo de infección viral
generalizada.
Células intestinales
Existen muy pocos tipos de célula,
aparte de las células beta del páncreas,
en las que el nivel de una hormona
segregada se controle mediante la
glucosa. Las denominadas "células K"
están presentes en la capa que recubre
el intestino y producen otra hormona,
el péptido inhibitorio gástrico (PIG), en
respuesta a los crecientes niveles de
glucosa tras una comida. En ratones
modificados mediante ingeniería
genética con un gen que combina el
ADN utilizado para controlar los niveles
de PIG con el ADN de un gen
modificado de insulina humana, la
secreción de insulina desde las células K
tuvo como resultado niveles normales
de glucosa, incluso tras la
desactivación de las propias células
beta del páncreas del animal. Sería
necesario desarrollar un método
apropiado para transferir con éxito
estos genes a las células K en una
persona con diabetes antes de que
estos enfoques puedan ser
considerados para su estudio clínico.
Células hepáticas
Se ha conseguido niveles de glucosa bien
controlados en roedores diabéticos
mediante la transferencia de un gen de
insulina al hígado, modificado para que se
active con el aumento del nivel de
glucosa en sangre. En un estudio muy
interesante, la modificación de células
hepáticas para expresar el gen PDX-1,
que regula la producción de insulina, dio
como resultado que se comportasen
como células beta, segregando insulina
en respuesta a la glucosa de un modo
casi normal. El éxito en la transferencia
de genes al hígado ha necesitado, sin
embargo, la inyección intravenosa de
virus potencialmente tóxicos, aunque
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Prudente optimismo
En este artículo he resumido los
enfoques de terapia génica de la
diabetes que resultan más
prometedores hoy día.Todos estos
enfoques, sin embargo, necesitarán un
mayor refinamiento y estudio antes de
que pueda considerarse su ensayo en
personas con diabetes. Sin embargo, si
la promesa inicial de los estudios en
animales puede traducirse en eficacia
clínica, parece ser que la ingeniería
genética tendrá un excitante papel en
el futuro en el tratamiento de
personas con diabetes.
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James Shaw
El Dr. James Shaw es Médico
Especialista y Socio veterano de GlaxoWellcome en Diabetes en la
Universidad de Newcastle, en el RU.
Tiene un interés clínico en el
transplante de todo el páncreas y de
islotes aislados. Además, su grupo
base de investigación científica está
explorando la viabilidad de la terapia
génica de la diabetes mediante el
empleo de las propias células del
receptor para reestablecer la secreción
de insulina.
Para saber más
BONNER-WEIR S., TANEJA M., WEIR G.C.,
et al. (2000): "In vitro cultivation of
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homeobox gene 1 induces expression of
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Nature Med., 6, pp. 568-572.
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"Engineering a glucoseresponsive human
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persistent hyperinsulinemic hypoglycemia
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"From stem cells to beta cells: new
strategies in cell therapy of diabetes
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pp. 407-415.