11.3: Terapia génica - Métodos y perspectivas

Muchas enfermedades humanas son causadas por genes defectuosos. Algunos ejemplos comunes se tabulan en la Tabla\(\PageIndex{1}\); todas estas enfermedades son causadas por un defecto en un solo locus génico. (La herencia es recesiva por lo que tanto la copia materna como la paterna del gen deben ser defectuosas.) ¿Hay alguna esperanza de introducir genes funcionales en estos pacientes para corregir su trastorno? Probablemente. Otras enfermedades también tienen una base genética, pero parece que varios genes deben actuar en concierto para producir el fenotipo de la enfermedad. Las perspectivas de la terapia génica en estos casos parecen mucho más remotas.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Enfermedades humanas causadas por gen defectuoso

Enfermedad	Defecto genético
hemofilia A	ausencia de factor VIII de coagulación
fibrosis quística	proteína defectuosa del canal de cloruro
distrofia muscular	proteína muscular defectuosa (distrofina)
enfermedad de células falciformes	beta globina defectuosa
hemofilia B	ausencia de factor IX de coagulación
Inmunodeficiencia Combinada Grave (SCID)	cualquiera de varios genes no logra hacer que una proteína sea esencial para la función de las células T y B

Inmunodeficiencia Combinada Grave (IDCE)

La IDCG es una enfermedad en la que el paciente no tiene respuestas inmunes mediadas por células ni es capaz de producir anticuerpos. Se trata de una enfermedad de los niños pequeños porque, hasta hace poco, la ausencia de un sistema inmunológico los dejó presa de infecciones que finalmente los mataron. Alrededor del 25% de los casos de SCID son el resultado de que el niño es homocigoto por un gen defectuoso que codifica la enzima adenosina desaminasa (ADA). El catabolismo normal de las purinas es deficiente, y esto es particularmente tóxico para las células T y las células B.

Las opciones de tratamiento para la IDC incluyen:

1. Criar al niño en un ambiente estrictamente libre de gérmenes: todos los alimentos, agua y aire a esterilizar. David, el “chico burbuja” de Houston, sobrevivió así hasta los 12 años de edad.
2. Dele al niño un trasplante de médula ósea de un donante normal, histocompatible. Idealmente, esto le daría al niño una fuente continua de células ADA ⁺ T y B. Sin embargo, aunque el niño no puede rechazar el trasplante (el niño no tiene sistema inmunológico), las células T en el trasplante (a menos que el donante sea un gemelo idéntico) pueden atacar las células del niño que producen la enfermedad de injerto contra huésped. Además, las células donantes pueden estar infectadas con un virus que podría abrumar al receptor antes de que se restablezca su sistema inmunológico. (David recibió un trasplante de médula ósea de su hermana, pero ella, como muchas personas, había sido infectada antes con el virus de Epstein-Barr (la causa del “mono”). El virus seguía presente en las celdas que donó, y mató a su hermano.
3. Dar inyecciones de ADA (la enzima se extrae actualmente de vacas). Cuando se conjugan con polietilenglicol (PEG) para retrasar su descomposición en la sangre, las inyecciones de ADA-PEG han mantenido a los pacientes con IDCG razonablemente sanos. Pero al igual que las inyecciones de insulina de un diabético, deben repetirse a intervalos frecuentes. Entonces,
4. Dar al paciente genes ADA funcionales - terapia génica

Requisitos de Terapia Génica

El gen debe ser identificado y clonado. Esto se ha hecho para el gen ADA. Debe insertarse en células que puedan tomar residencia de larga duración en el paciente. Hasta el momento, esto significa extraer las propias células del paciente, tratarlas en cultivo de tejidos y luego devolverlas al paciente. Debe insertarse en el ADN para que se exprese adecuadamente; es decir, transcribirse y traducirse con suficiente eficiencia para que se produzcan cantidades dignas de la enzima. Todos estos requisitos parecen haberse cumplido para la terapia de IDCG utilizando un retrovirus como vector génico. Los retrovirus tienen varias ventajas para introducir genes en células humanas.

Figura\(\PageIndex{1}\): (izquierda) vector ADA y (derecha) Genoma Retrovírico paralizado

• Su proteína de envoltura permite que el virus infecte células humanas.
• Se pueden incorporar copias de ARN del gen ADA humano en el genoma retrovírico usando una célula empaquetadora.

Las células empaquetadoras se tratan para que expresen una copia de ARN del gen ADA humano junto con una señal de empaquetamiento (P) necesaria para el ensamblaje de partículas de virus frescas. También necesitan repeticiones invertidas (” R “) en cada extremo para ayudar a la inserción de las copias de ADN en el ADN de la célula diana. Necesitan una copia de ARN de los genes gag, pol y env retrovirales pero sin señal de empaquetamiento (por lo que estos genes no pueden incorporarse en partículas virales frescas).

Figura\(\PageIndex{2}\): Celda de Empaque

Tratada con estos dos genomas, la célula empaquetadora produce un cultivo de retrovirus con:

• la proteína de la envoltura necesaria para infectar las células diana humanas
• una copia de ARN del gen ADA humano, completa con secuencias R en cada extremo
• transcriptasa inversa, necesaria para hacer una copia de ADN del gen ADA que puede insertarse en el ADN de la célula diana
• ninguno de los genes (gag, pol, env) que permitirían que el virus se replicara en su nuevo huésped.

Una vez que el virus ha infectado las células diana, este ARN se transcribe de forma inversa en ADN y se inserta en el ADN cromosómico del huésped.

Células diana: células T

Los primeros intentos de terapia génica para niños con IDCG (en 1990), utilizaron sus propias células T (producidas después de la terapia ADA-PEG) como células diana. Las células T fueron:

• colocado en cultivo de tejidos
• estimulados a proliferar (tratándolos con la linfocina, Interleucina 2 (IL-2)
• infectados con el vector retrovírico
• regresó, en una serie de tratamientos, al niño

Los niños desarrollaron una función inmune mejorada pero las inyecciones tuvieron que repetirse porque las células T viven solo de 6 a 12 meses en la sangre. Además, los niños también continuaron recibiendo ADA-PEG por lo que el beneficio real de la terapia génica no estaba claro

Células diana: Células madre

Células madre sanguíneas (“hematopoyéticas”):

• producir (por mitosis) todos los tipos de células sanguíneas, incluidos los linfocitos T y B
• producir (por mitosis) más células madre, asegurando así un suministro inagotable

En junio de 2002, un equipo de médicos italianos e israelíes informó sobre dos pacientes jóvenes con IDCG que fueron tratados con sus propias células madre sanguíneas que habían sido transformadas in vitro con un vector retroviral portador del gen ADA. Después de un año, ambos niños tenían un sistema inmunitario en pleno funcionamiento (células T, B y NK) y pudieron vivir una vida normal sin necesidad de tratamiento con ADA-PEG o inmunoglobulina (IG). Los médicos atribuyen su éxito a destruir primero algunas de las células de la médula ósea de sus pacientes para “dejar espacio” a las células transformadas. Nueve años después (agosto de 2011) estos dos pacientes siguen prosperando y se han unido otros 28 niños tratados con éxito, la mayoría de los cuales ya no necesitan tomar ADA-PEG.

Terapia génica para SCID ligada al X

La terapia génica también ha tenido éxito para 20 bebés varones que padecían otra forma de inmunodeficiencia combinada grave llamada SCID ligada al X porque es causada por un gen ligado al X mutado que codifica una subunidad —llamada γc (gamma-c )— del receptor para varias interleucinas, incluyendo interleucina-7 (IL-7). La IL-7 es esencial para convertir las células madre sanguíneas en progenitores de las células T. Los niños con SCID ligada al X pueden producir células B normales, pero debido a que las células B necesitan células T cooperadoras para funcionar, estos niños no pudieron producir respuestas inmunitarias ni mediadas por células ni mediadas por anticuerpos y tuvieron que vivir en una burbuja estéril antes de su tratamiento.

Sus médicos

• células madre sanguíneas aisladas de la médula ósea de cada lactante
• trató las células con un vector retroviral que contenía el gen normal para la subunidad del receptor de interleucina γc
• devolvió las células tratadas a cada donante

Los resultados: Ahora después de tanto como 11 años, 19 de estos chicos

• son capaces de vivir una vida normal en casa en lugar de dentro de una “burbuja” estéril
• tener números normales (con algunas excepciones *) de células T de los subconjuntos CD4 y CD8
• han respondido a varias inmunizaciones infantiles, entre ellas difteria, tétanos y polio, produciendo tanto células T como anticuerpos específicos para estos agentes
• La producción de anticuerpos es lo suficientemente buena como para que la mayoría de los niños no necesiten infusiones periódicas de inmunoglobulina (IG)

Cinco de los niños pequeños desarrollaron leucemia (uno ha muerto):

• en un caso causado por un clon proliferante de linfocitos T γδ en el que el vector se ha insertado en un gen (en el cromosoma 11) implicado en algunos casos de leucemia linfoblástica aguda (LLA)
• en un segundo caso, la leucemia fue de células T αβ

Terapia génica para β-talasemia

La β-talasemia es una enfermedad hereditaria. Los casos más severos son el resultado de mutaciones en ambas copias del gen que codifica la cadena beta de la hemoglobina. Se han identificado muchas mutaciones causales, y la mayoría conducen a una falla en la fabricación de cadenas beta. La hemoglobina resultante funciona mal y la persona requiere frecuentes transfusiones de sangre. En 2010, Cavazzana-Calvo (y muchos colegas) reportan un solo caso de terapia génica exitosa para este trastorno; su paciente era un varón de 18 años de edad. Su procedimiento consiste en extraer células madre sanguíneas del paciente y exponerlo a un vector retroviral que contenía

• un gen humano para la beta-hemoglobina completo con su promotor, potenciador y otros elementos de control;
• alteraciones en el vector para que sea seguro.
• Después de la quimioterapia suficiente para “hacer espacio” para ellos, al paciente se le inyectaron estas células.

El resultado: Casi tres años después, el paciente se encuentra bien y ya no requiere transfusiones periódicas de sangre. Un tercio de su hemoglobina ahora es fabricada por los precursores de glóbulos rojos descendientes de las células madre alteradas por genes. Se utilizó un procedimiento similar en varios bebés nacidos con una enfermedad hereditaria de almacenamiento lisosómico o síndrome de Wiskott-Aldrich (otro tipo de inmunodeficiencia). Hasta dos años después del tratamiento con un vector retroviral que contenía el gen intacto, estos bebés mostraron cualquier signo de sus trastornos (reportado en la edición del 23 de agosto de 2013 de Science).

Vectores de adenovirus

Los adenovirus son patógenos humanos responsables de algunos casos del “resfriado” humano. Actualmente se están utilizando versiones modificadas de dos cepas como vectores en ensayos de terapia génica. Ventajas del adenovirusus: A diferencia de los vectores retrovirales, no se integran en el genoma del huésped y por lo tanto no deberían poder alterar los genes del huésped (Fue tal alteración la que provocó que algunos pacientes con SCID ligados al X tratados con un vector retroviral desarrollaran leucemia) y pueden infectar células que no se dividen con eficiencia. Las desventajas son que provocan una potente respuesta inmune, tanto por las células T como por las células B (anticuerpos) por lo que las dosis repetidas pronto pierden su efectividad. Más aún, muchas personas ya tienen anticuerpos contra el virus de “resfriados” anteriores, y estos pueden inactivar el vector de inicio. Un reciente ensayo de una vacuna contra el VIH usando un adenovirus como vector se detuvo cuando se encontró que no solo no era efectiva sino que, en personas con altos niveles preexistentes de anticuerpos anti-adenovirus, puede incluso haber aumentado su susceptibilidad al VIH.