Terapia génica y celular de enfermedades monogénicas y multifactoriales. Terapia génica: cómo funciona, qué trata, ventajas y desventajas Problemas ¿Qué es la terapia génica?

Terapia genética

Baranov V.S. Terapia génica – medicina del siglo XXI // Revista educativa Soros. – 1999. – Núm. 3. – P. 63–68. (Universidad Estatal de San Petersburgo)

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INTRODUCCIÓN

Los logros decisivos de la biología molecular y la genética en el estudio de la estructura fina de los genes eucariotas, su cartografía en los cromosomas de los mamíferos y, especialmente, de los humanos, los impresionantes éxitos del Proyecto Genoma Humano en la identificación y clonación de genes cuyas mutaciones provocan numerosas enfermedades hereditarias. y, finalmente, el rápido crecimiento en el campo de la biotecnología y la ingeniería genética fueron las condiciones necesarias para los primeros intentos de tratar enfermedades monogénicas a partir de experimentos con animales y construcciones teóricas ya en 1989.

¿Qué es la terapia génica? ¿Significa un tratamiento utilizando el gen como fármaco o sólo un tratamiento corrigiendo el gen mutante? Estas y muchas otras preguntas surgen inevitablemente al considerar una dirección de la medicina del próximo siglo XXI tan prometedora, y quizás potencialmente peligrosa para la humanidad, como la terapia genética.

BREVE ANTECEDENTES HISTÓRICOS

La terapia génica en la etapa actual se puede definir como el tratamiento de enfermedades hereditarias, multifactoriales y no hereditarias (infecciosas) mediante la introducción de genes en las células de los pacientes con el objetivo de modificar específicamente los defectos genéticos o dotar a las células de nuevas funciones. Los primeros ensayos clínicos de terapia génica se llevaron a cabo el 22 de mayo de 1989, con el objetivo de marcar genéticamente los linfocitos infiltrantes de tumores en el melanoma avanzado. La primera enfermedad hereditaria monogénica para la que se aplicaron métodos de terapia génica fue la inmunodeficiencia hereditaria causada por una mutación en el gen de la adenosina desaminasa. (ADA). El 14 de septiembre de 1990, en Bethesda (EE.UU.), una niña de cuatro años que padecía esta enfermedad bastante rara (1:100.000) fue trasplantada con sus propios linfocitos, previamente transformados fuera del cuerpo. (ex vivo) genoma ADA (gene ADA + gene gente + vector retroviral). El efecto terapéutico se observó durante varios meses, después de lo cual se repitió el procedimiento a intervalos de 3...5 meses. Durante tres años de terapia, se realizaron un total de 23 transfusiones intravenosas. ADA- linfocitos T transformados sin efectos adversos visibles. Como resultado del tratamiento, la condición de la paciente mejoró tanto que pudo llevar una vida normal y no tener miedo a infecciones aleatorias. El tratamiento del segundo paciente con esta enfermedad fue igualmente exitoso. Actualmente se están realizando ensayos clínicos de terapia génica para esta enfermedad en Italia, Francia, Reino Unido y Japón.

En 1997, el número de protocolos aprobados para ensayos clínicos era ya de 175 y en su implementación participaron más de 2.000 pacientes. La mayoría de estos proyectos (alrededor del 80%) se refieren al tratamiento del cáncer, así como a la infección por VIH (SIDA). Al mismo tiempo, en la investigación moderna sobre terapia génica es necesario tener en cuenta que las consecuencias de la manipulación de genes o ADN recombinante en vivo insuficientemente estudiado.

En los países con el nivel más avanzado de investigación en esta área, especialmente en los Estados Unidos, los protocolos médicos que utilizan secuencias sensoriales de ADN están sujetos a revisión obligatoria por parte de los comités y comisiones pertinentes. En EE.UU. se trata del Comité Asesor de ADN Recombinante (RAC) y de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), con la posterior aprobación obligatoria del proyecto por parte del director de los Institutos Nacionales de Salud. En Europa, dichos protocolos se elaboran y aprueban de acuerdo con las recomendaciones del Grupo de Trabajo Europeo sobre Transferencia y Terapia de Genes Humanos.

MÉTODOS DE TRANSFECCIÓN GENÉTICA EN TERAPIA GÉNICA

La condición decisiva para el éxito de la terapia génica es garantizar la administración eficaz, es decir, la transfección (en un sentido amplio) o la transducción (cuando se utilizan vectores virales) de un gen extraño en células diana, asegurando su funcionamiento a largo plazo en estas células y creando Condiciones para el pleno funcionamiento del gen (su expresión). La transfección se puede realizar utilizando ADN puro (desnudo) dopado (integrado) en el plásmido apropiado, o ADN complejado (ADN plasmídico conectado a sales, proteínas (transferrina), polímeros orgánicos (DEAE-dextrano, polilisina, liposomas o partículas de oro), o ADN contenido en partículas virales previamente privadas de la capacidad de replicarse.

Los principales métodos para introducir genes extraños en las células se dividen en químicos, físicos y biológicos. La eficacia de la transfección y la capacidad de integración del ADN extraño transducido no son las mismas para diferentes métodos de transfección en células de ADN diana. Sólo los vectores virales o construcciones genéticas que contienen secuencias virales son capaces de transducción activa y, en algunos casos, expresión a largo plazo de genes extraños. De los más de 175 protocolos de ensayos clínicos ya aprobados para terapia génica, más de 120 implican el uso de transducción viral y alrededor de 100 de ellos se basan en el uso de vectores retrovirales.

Una revisión de los datos nos permite llegar a la conclusión de que, a pesar de los esfuerzos de muchos laboratorios de todo el mundo, todo lo ya conocido y probado en vivo Y en vitro Los sistemas vectoriales están lejos de ser perfectos. Si hay un problema con la entrega de ADN extraño en vitro prácticamente resuelto, y su entrega a células diana de diferentes tejidos en vivo resuelto con éxito (principalmente mediante la creación de construcciones que transportan proteínas receptoras, incluidos antígenos específicos de ciertos tejidos), otras características de los sistemas de vectores existentes (estabilidad de integración, expresión regulada, seguridad) aún requieren importantes mejoras.

En primer lugar, se trata de la estabilidad de la integración. Hasta ahora, la integración en el genoma sólo se había logrado mediante vectores retrovirales o adenoasociados. La eficiencia de la integración estable se puede aumentar mejorando las construcciones genéticas, como los sistemas mediados por receptores, o creando vectores episomales suficientemente estables (es decir, estructuras de ADN capaces de persistir a largo plazo dentro de los núcleos).

La transferencia de genes mediada por receptores es la siguiente. La secuencia de ADN del gen deseado está conectada a una determinada sustancia (por ejemplo, una glicoproteína), que tiene una alta afinidad por un determinado receptor de membrana de la célula transformada (por ejemplo, un hepatocito). El complejo resultante se combina con un adenovirus, lo que asegura la penetración del constructo genético en el núcleo celular. Un vector combinado de este tipo garantiza una entrega dirigida eficaz del gen a células específicas.

Recientemente se ha prestado especial atención a la creación de vectores basados en cromosomas artificiales de mamíferos (Mammalian Artificial Chromosomes). Debido a la presencia de elementos estructurales básicos de los cromosomas ordinarios, estos minicromosomas se retienen en las células durante mucho tiempo y pueden transportar genes (genómicos) de tamaño completo y sus elementos reguladores naturales, que son necesarios para el correcto funcionamiento. del gen, en el tejido adecuado y en el momento adecuado.

PRINCIPIOS DE LA TERAPIA GÉNICA

Dependiendo del método de introducción de ADN exógeno en el genoma del paciente, la terapia génica se puede realizar en cultivo celular. (ex-vivo) o directamente en el cuerpo (en vivo). Terapia o terapia génica celular ex-vivo Implica aislar y cultivar tipos de células específicas del paciente. en vitro, introduciendo en ellos genes extraños (por ejemplo, aquellos que mejoran la respuesta inmune del cuerpo), seleccionando clones de células transfectadas y reinfundiéndolos (introduciéndolos) en el mismo paciente. Actualmente, la mayoría de los programas de terapia génica aprobados para ensayos clínicos utilizan este enfoque.

Terapia genética en vivo Se basa en la introducción directa de secuencias de ADN clonadas y empaquetadas en tejidos específicos del paciente. Particularmente prometedor para el tratamiento de enfermedades genéticas. vivo La introducción de genes mediante vacunas en aerosol o inyectadas parece posible. La terapia génica en aerosol se desarrolla, por regla general, para el tratamiento de enfermedades pulmonares (fibrosis quística, cáncer de pulmón).

El desarrollo de un programa de terapia génica va precedido de un análisis exhaustivo de la expresión tisular específica del gen correspondiente, la identificación del defecto bioquímico primario, el estudio de la estructura, función y distribución intracelular de su producto proteico, así como el análisis bioquímico. del proceso patológico. Todos estos datos se tienen en cuenta a la hora de elaborar el protocolo médico adecuado. Las pruebas del procedimiento para la corrección genética de una enfermedad hereditaria se llevan a cabo en cultivos celulares primarios del paciente, en los que este gen normalmente está funcionalmente activo. Utilizando estos modelos celulares, se evalúa la efectividad del sistema de transferencia de ADN exógeno seleccionado, se determina la expresión del constructo genético introducido, se analiza su interacción con el genoma celular y se desarrollan métodos de corrección a nivel bioquímico.

Utilizando cultivos celulares, es posible desarrollar un sistema para la administración selectiva de ADN recombinante; sin embargo, probar la confiabilidad del funcionamiento de este sistema solo se puede realizar a nivel de todo el organismo. Por eso se presta tanta atención a la experimentación en programas de terapia génica. en vivo sobre modelos obtenidos naturales o artificialmente de las correspondientes enfermedades hereditarias en animales. La corrección exitosa de defectos genéticos en estos animales y la ausencia de efectos secundarios no deseados de la terapia génica son los requisitos previos más importantes para la aprobación de los ensayos clínicos.

Por tanto, el esquema estándar para la corrección genética de un defecto hereditario incluye una serie de etapas sucesivas. Comienza con la creación de una construcción genética en pleno funcionamiento (expresada) que contiene las partes semántica (codificación de proteínas) y reguladora del gen. En la siguiente etapa, se resuelve el problema del vector, asegurando una entrega eficiente y, si es posible, dirigida del gen a las células diana. Luego se lleva a cabo la transfección (transferencia del constructo resultante) a células diana, se evalúa la eficiencia de la transfección y el grado de corrección del defecto bioquímico primario en condiciones de cultivo celular. (en vitro) y, lo más importante, en vivo en modelos biológicos animales. Sólo después de esto podrá comenzar el programa de ensayos clínicos.

GENOTERAPIA DE ENFERMEDADES HEREDITARIAS MONOGÉNICAS

El éxito de los primeros ensayos clínicos fue un poderoso incentivo para acelerar el desarrollo de nuevos métodos de terapia génica para otras enfermedades hereditarias. A continuación se muestra una lista de enfermedades para las que es fundamentalmente posible un enfoque de terapia génica, cuya corrección genética probablemente se llevará a cabo en un futuro previsible, así como aquellas enfermedades para las que ya existen protocolos aprobados oficialmente y que se encuentran en diferentes etapas. de ensayos clínicos.

Tabla 1– Enfermedades hereditarias, cuya corrección genética se encuentra en fase de ensayo clínico (CT), desarrollo experimental (ED) y es fundamentalmente posible (PV)

Enfermedad	Gen defectuoso	Células objetivo	Escenario
Inmunodeficiencia	adenosina desaminasa	Linfocitos
Inmunodeficiencia	Purina nucleósido fosforilasa	Linfocitos
Hipercolesterolemia familiar	Receptor de lipoproteínas de baja densidad	Hepatocitos
Hemofilia B	Factor IX	fibroblastos
Hemofilia A	Factor VIII	Mioblastos, fibroblastos
Enfermedad de Gaucher (esfingolipidosis)	p-glucocerebrosidasa	Macrófagos, células madre.
enfermedad de cazador	Iduronato sulfatasa	Macrófagos, células madre.
Síndrome de Hurler	L-iduronidasa	Macrófagos, células madre.
Enfisema	α -1 -Antitripsina	Linfocitos
Fibrosis quística	Regulador transmembrana SG	epitelio bronquial
Fenilcetonuria	Fenilalanina hidroxilasa	Hepatocitos
Hiperamonemia	Ornitina transcarbamilasa	Hepatocitos
Citrulinemia	Arginosuccinato sintetasa	Hepatocitos
Distrofia muscular de Duchenne	distrofias	Mioblastos, miofibrillas
talasemia	β-globina	Eritroblastos
Anemia falciforme	β-globina	Eritroblastos
Síndrome de dificultad respiratoria	Proteína surfactante B	epitelio bronquial
Granulomatosis crónica	NADPH oxidasa	Granulocitos
enfermedad de alzheimer	Proteína precursora de amiloide-β (AAP)	células nerviosas
enfermedad de parkinson	Tirosina hidroxilasa	Mioblastos, fibroblastos, células nerviosas.
Lecodistrofia metacromática	Arilsulfatasa A	Células madre sanguíneas, células nerviosas.
Síndrome de Lesch-Nyhan	Hipoxantina fosforribosiltransferasa	células nerviosas

GENOTERAPIA DE ENFERMEDADES NO HEREDABLES

Simultáneamente con el desarrollo de la investigación en el campo de la corrección genética de defectos hereditarios, también ha tenido éxito la búsqueda de métodos para el uso terapéutico de secuencias sensoriales de ADN para el tratamiento de enfermedades no hereditarias, principalmente tumores malignos e infecciones virales. Es significativo que es en estas áreas de la patología donde la búsqueda de métodos de corrección genética se lleva a cabo de manera especialmente intensiva, y el número de protocolos de ensayos clínicos ya aprobados es muchas veces mayor que el número para el tratamiento de enfermedades monogénicas.

A continuación se enumeran los principales enfoques metodológicos de la terapia génica para diversos tumores que se han desarrollado y ya se utilizan ampliamente. Muchos de estos enfoques también son aplicables para combatir las enfermedades infecciosas más graves, como la infección por VIH (SIDA).

Los resultados de los primeros ensayos clínicos de estos enfoques han sido extremadamente alentadores, particularmente en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas y cánceres del sistema nervioso.

Tabla 2 – Enfoques básicos para la corrección genética de enfermedades cancerosas.

	Genes introducidos
Aumento de la inmunorreactividad tumoral.	Genes de antígenos extraños, citocinas.
Modificación genética de células inmunes.	Genes de citocinas, coestimuladores.
Inserción de genes de “sensibilidad” o genes de “suicidio”	Genes de timidina quinasa del VHS, citosina desaminasa
Bloque de expresión oncogénica	ARNm antisentido de Ki-ras, genes de anticuerpos intracelulares
Inserción de genes supresores de tumores.
Proteger las células normales de la quimioterapia	Genes de resistencia a los medicamentos tipo 1
Inducción de la síntesis de sustancias antitumorales por células normales.	Genes de interleucina-2, interferón.
Producción de vacunas recombinantes antitumorales.	Vacunas como la BCG que expresan antígeno tumoral
Radioprotección local de tejidos normales mediante antioxidantes.	Genes de transferasa, glutatión sintetasa

ALGUNAS CUESTIONES ÉTICAS Y SOCIALES

TERAPIA GÉNICA

La aparición de tecnologías fundamentalmente nuevas que permiten manipular activamente genes y sus fragmentos y garantizar la entrega selectiva de nuevos bloques de información genética a regiones específicas del genoma se ha convertido en un acontecimiento importante en biología y medicina.

Ya ahora, con el nivel actual de conocimiento sobre el genoma humano, estas modificaciones son teóricamente bastante posibles para mejorar algunos parámetros físicos (por ejemplo, altura), mentales e intelectuales. Así, la ciencia humana moderna, en su nueva ronda de desarrollo, ha vuelto a la idea de mejorar la raza humana, una vez postulada por el destacado genetista inglés F. Galton y desarrollada por sus estudiantes y seguidores en Gran Bretaña (K. Pearson , L. Penrose, J. Haldane), en Rusia (N.K. Koltsov, F.P. Filipchenko), en Estados Unidos (G. Möller). El curso posterior de la historia, como sabemos, desacreditó por completo la idea misma de mejorar la raza humana. Sin embargo, la futura omnipotencia del hombre sobre su propio genoma nos obliga a volver una y otra vez a este tema, convirtiéndolo en objeto de constantes y animados debates en la prensa general y científica. No hay duda de que los temores iniciales asociados con la ingeniería genética humana eran injustificados. Ya se ha reconocido como aconsejable el uso de la terapia génica para el tratamiento de muchas enfermedades. La única e indispensable limitación, que sigue siendo válida en las condiciones modernas, es que todas las medidas de terapia génica deben estar dirigidas únicamente a un paciente específico y afectar exclusivamente a sus células somáticas.

El nivel actual de conocimiento no permite la corrección de defectos genéticos a nivel de células germinales y células de embriones humanos preimplantacionales tempranos debido al peligro real de obstruir el acervo genético con construcciones genéticas artificiales no deseadas o introducir mutaciones con consecuencias impredecibles. para el futuro de la humanidad. Al mismo tiempo, en la literatura científica se hacen cada vez más frecuentes y persistentes llamamientos para reanudar el debate sobre la conveniencia de la corrección genética del germen humano y de las células germinales.

Éstas son algunas de las preguntas que deben abordarse como parte del debate más amplio sobre la terapia génica propuesto por los genetistas.

1. ¿Podrá la terapia génica en el futuro proporcionar una corrección genética tan completa que no represente una amenaza para la descendencia?

2. ¿En qué medida el beneficio y la necesidad de un procedimiento de terapia génica para una pareja superan el riesgo de tal intervención para toda la humanidad?

3. ¿Cuán justificados estarán estos procedimientos en el contexto de la próxima superpoblación del planeta?

4. ¿Cómo se relacionarán las actividades de ingeniería genética en humanos con los problemas de homeostasis de la sociedad y la biosfera?

Así, la revolución genética, cuya apoteosis fue la terapia génica, no sólo ofrece formas reales de tratar enfermedades graves, hereditarias y no hereditarias, sino que además, en su rápido desarrollo, plantea nuevos problemas a la sociedad, cuya solución es urgentemente necesaria en el futuro. futuro próximo.

La primera parte (antes de la línea azul) es una introducción a la terapia génica, en principio, para comprender mejor los métodos en sí y, sólo un poco, para que no nos pille el profesor. Si no tiene tiempo y necesita material ESPECÍFICO sobre una pregunta, desplácese más allá de la línea azul.

Inicialmente, la terapia génica tenía como objetivo el tratamiento de enfermedades hereditarias monogénicas, pero luego su alcance se amplió y comenzó a verse como un enfoque potencialmente universal para tratar todo el espectro de enfermedades, incluidas las enfermedades infecciosas, el cáncer, la aterosclerosis, la diabetes y muchas otras. .

"Tratamiento genético"- corrección de un defecto en un gen (enfermedades monogénicas) - a nivel de células somáticas y germinales - sustitución de un gen mutante por uno normal.

"Tratamiento con genes"- corrección del defecto mediante la introducción de un gen funcional completo (ADNc).

Primero, alguna teoría general:

Una condición crucial para el éxito de la terapia génica es garantizar una entrega eficiente, es decir transfección (en un sentido amplio) o transducción (cuando se utilizan vectores virales) de un gen extraño en las células diana, asegurando su funcionamiento a largo plazo en estas células y creando las condiciones para el pleno funcionamiento del gen (su expresión).

Estrategias para corregir defectos genéticos:

Por tipo de sistema vectorial:

Viral

Ventajas de los vectores virales.: transducción de un gran número de células; tropismo; resistencia a la degradación lisosomal.

Desventajas de los vectores virales: inmunogenicidad (con resultados fatales: adenovirus y herpesvirus); potencial carcinógeno (retrovirus).

No viral

· Inyección directa en una célula, tejido u órgano (también conocida como microinyección);

Lipofección (utilizando varios liposomas modificados (vesículas lipídicas con ADN en su interior);

· Electroporación;

· Contiene un plásmido;

· ADN complejado (ADN plasmídico combinado con sales, proteínas, etc.);

· Pistola genética (el ADN se adhiere a partículas de oro disparadas al tejido del paciente);

· Endocitosis mediada por receptores.

Beneficios de la entrega no viral: seguridad relativa; falta de respuesta inmune; facilidad de uso.

Desventajas de la entrega no viral: baja eficiencia de transfección; Bajo nivel de expresión.

En teoría, la forma más radical y eficaz es sustituir el gen defectuoso en las células germinales (terapia génica fetal), pero existen problemas éticos. Actualmente, todos los enfoques de terapia génica se basan en la terapia génica a nivel de células somáticas.

Según el mecanismo de acción del gen insertado o de la molécula de ADN transferida, la terapia génica se divide en positiva (restauración de la función del gen (mediante la restauración de su funcionamiento o la inserción de una nueva copia de trabajo) o negativa: supresión de la función del gen). Además, existe un enfoque destinado a mejorar la respuesta inmunitaria, que se utiliza principalmente en la terapia genética del cáncer (más sobre esto a continuación).

Además, se puede introducir nueva información genética en el cuerpo humano, como parte de sus células previamente transformadas in vitro. enfoque ex vivo. El método en el que la información genética se introduce directamente en las células de una persona viva se denomina (repentinamente) in vivo, la introducción local en determinadas zonas se denomina in situ. Por el momento, existen precedentes exitosos para introducir información genética en el útero (en el embrión), en el Reino Unido, y más recientemente salvaron a un niño de una enfermedad mitocondrial.

Enfoques adicionales de terapia génica:

· ADN antisentido, ARN (+): especificidad, puede usarse en cualquier vector, no inmunogénico; (-): rápida degradación en la célula);

· Ribozimas (+): tienen propiedades de enzimas: no se consumen, son capaces de catalizar la escisión de un objetivo, a diferencia de las proteínas, no son inmunogénicas, inducen la síntesis de interferón; (-): degradación rápida;

· Proteínas transdominantes negativas;

· Anticuerpos monocatenarios;

· Genes suicidas (en lugar de “tratar” una célula, simplemente se puede matarla y utilizarla en sistemas anticancerígenos (más detalles a continuación);

· Introducción de linfocitos específicos de antígeno;

· Quimeroplastia (híbridos ADN/ARN de estructura en horquilla, producen recombinación homóloga en el núcleo);

Estos son sólo ejemplos de métodos de terapia génica; para obtener descripciones de enfermedades, consulte los boletos numerados anteriores.

Enfermedades monogénicas:

Deficiencia de adenosina desaminasa(Síndrome ADA) es el primer ejemplo relativamente exitoso del uso de la terapia génica. Se llevó a cabo el 14 de septiembre de 1990. Esta fecha se considera el cumpleaños de la terapia genética real.

Mediante leucoforesis, se aislaron células mononucleares de sangre periférica y luego se cultivaron en condiciones de proliferación de células T. Luego, se introdujo un vector retroviral que contenía el gen ADA normal en las células que proliferaban in vitro. Unos días más tarde, las células sanguíneas transducidas se volvieron a inyectar al paciente. El proceso se repitió 7 veces durante 10 meses. El efecto fue positivo: ¼ de los linfocitos del cuerpo recibieron el gen funcional. La introducción de células modificadas se repitió cada 3-5 meses. Actualmente, la terapia génica para esta enfermedad se está desarrollando hacia el uso de células madre de pacientes. Esto reducirá significativamente el número de inyecciones de células modificadas debido a sus múltiples divisiones ya en el propio cuerpo y, al lograr una ventaja selectiva y cuantitativa de las células madre modificadas sobre las nativas, se formará un nivel suficiente de enzima en el cuerpo.

Hipercolesterolemia hereditaria - Se sabe que los hepatocitos que no se dividen no pueden ser infectados por retrovirus. Después de la hepatectomía, los hepatocitos comienzan a proliferar y adquieren la capacidad de infectarse con retrovirus. Se introdujo ADNc del gen del receptor LDL-R normal en hepatocitos obtenidos del hígado del paciente utilizando un vector retroviral. Después de la reinfusión de hepatocitos recombinantes a través de la vena porta hacia el hígado, se observó una disminución en los niveles sanguíneos de lipoproteínas de baja densidad (en particular, colesterol) y en la proporción entre lipoproteínas de baja densidad y lipoproteínas de alta densidad. Esto significa que las células introducidas funcionaron in vivo e internalizaron y metabolizaron el colesterol.

Hemofilia B – Se han llevado a cabo experimentos exitosos en perros utilizando una estrategia ex vivo con
entrega de ADNc que codifica el factor IX a los hepatocitos. Fue posible lograr la síntesis de factor IX en cantidades que constituyeron el 0,1% de la cantidad normal de factor IX en el plasma sanguíneo. En un intento por aumentar la concentración de factor IX, se utilizaron vectores adenovirales, pero el efecto duró poco. La sangre de los animales coaguló, pero el efecto desapareció por completo al cabo de 2 meses (un inconveniente típico de los vectores adenovirales).

Hemofilia A - Ha habido informes sobre la introducción exitosa de un gen del factor VIII truncado en ratones como parte de un vector retroviral. Como resultado, se alcanza un nivel terapéutico del factor en la sangre.

Fibrosis quística - Se ha demostrado que reemplazar entre el 6 y el 10% de las células epiteliales pulmonares con células transfectadas restablecerá las funciones de transporte normales de los canales transmembrana que aseguran el transporte de iones cloruro. Los retrovirus no son adecuados, ya que no infectan las células que no se dividen; los adenovirus son adecuados con reservas, ya que provocaron reacciones inflamatorias en experimentos con ratones. El problema radica además en la barrera del glucocáliz en la superficie celular. Un enfoque para resolver este problema es modificar un vector que incluya un ligando específico para un receptor en la superficie de las células epiteliales pulmonares. La interacción del ligando con el receptor normalmente da como resultado la internalización del vector, junto con el receptor, en la célula. Como tal receptor se eligió el receptor transmembrana P2Y2-R. Este receptor participa en el desencadenamiento de una cascada de reacciones inflamatorias en la cavidad pulmonar. Como ligando se utilizaron anticuerpos monoclonales contra este receptor o un ligando natural, la biotina UTP.

Distrofia muscular de Duchenne - La enfermedad comienza a manifestarse en la infancia y en este momento se debe realizar una terapia génica. El más prometedor es el uso de vectores adenovirales. Debido a que el gen es largo, los investigadores utilizan copias de la proteína acortadas pero funcionales. Los experimentos en modelos de ratón que tienen un gen de distrofina defectuoso mostraron que entre el 5 y el 50% de las células musculares expresaban una proteína distrofina truncada. Esto fue suficiente para minimizar la degeneración muscular. Existen datos sobre ensayos clínicos de una construcción genética que porta el gen de la distrofina para el tratamiento de pacientes con distrofia muscular de Duchenne. Los niños enfermos, después de la inyección en los músculos de este diseño, adquirieron la capacidad de moverse. Sin embargo, el efecto duró poco.

Enfermedades multifactoriales usando el ejemplo del cáncer:

El cáncer suele ser consecuencia de cambios de varias etapas en la célula. La complejidad asociada con la participación de múltiples genes y sus productos en el proceso tumoral ha generado dudas sobre la eficacia de la terapia génica para el cáncer. Sin embargo, existen numerosos experimentos que demuestran que la compensación de un único gen supresor puede conducir a la supresión de las propiedades tumorales de las células.

Inmunoterapia contra el cáncer:

El uso de constructos de terapia génica que estimulan la respuesta antitumoral inmune (principalmente celular). Para crear construcciones genéticas, se utilizan los siguientes genes: Antígenos (a los que responde el sistema inmunológico); complejo MHCI (complejo mayor de histocompatibilidad); factor B7; Citocinas; Receptores de células T. La supresión del desarrollo tumoral se puede lograr mediante la clonación de genes para citocinas: interleucinas IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-12, así como el factor de necrosis tumoral α (TNF-α), interferones ( INF-α, INF-ϒ)

Suprimir el crecimiento de las células cancerosas introduciendo genes en ellas, cuyos productos inhiben el desarrollo de tumores:

Genes supresores de tumores (RB, P53, mdm2, Cip 1, P16, ciclina D)

· Genes suicidas

Inhibidores de oncogenes

· Factores antiangiogénesis

Inhibidores de ciclina

Genes que aumentan la sensibilidad de las células tumorales a los compuestos medicinales

· Genes para transportadores de fármacos (introducción, por ejemplo, en células de la médula ósea)

El gen p53 tiene una enorme importancia en la supresión de oncogenes (responsable de la apoptosis y es capaz de detener el ciclo celular, evitando la división descontrolada), por lo que su mutación casi siempre conduce a una degeneración maligna de la célula. Los vectores adenovirales se utilizan para introducir una copia funcional del gen p53 en el cuerpo. Una vez que el gen p53 comienza a expresarse en el núcleo de una célula cancerosa, induce su apoptosis.

Otro enfoque es supresión de oncogenes. Una mutación en el gen RAS puede conducir al funcionamiento constitutivo del sistema de señalización para desencadenar la división (cascada de MAP quinasa, recuerda Nikolaychik J). Para bloquear este gen, puede 1) inhibir la expresión de RAS introduciendo un gen intacto; 2) inhibición de RAS por ribozimas; 3) inhibición de genes en la vía de señalización; 4) prevenir la integración de la proteína RAS en la membrana.

Uso de virus oncolíticos. La oncólisis viral es un enfoque fundamentalmente nuevo para el tratamiento del cáncer, basado en la capacidad natural de los virus para matar (lisar) las células en las que se multiplican. Para ello se utilizan reovirus, poliovirus, echovirus y virus Coxsackie + algunos adenovirus modificados, que se multiplican preferentemente en células tumorales y las conducen a la apoptosis. Actualmente se están realizando ensayos clínicos de REOLYSIN, fabricado por Oncolytic Biotech. Los adenovirus que expresan proteínas antiangiogénicas se consideran muy prometedores.

Artículo para el concurso “bio/mol/texto”: « Misha nació el 12 de febrero siendo una niña sana. Pero al mes y medio comencé a notar que en todas las fotografías el bebé toma la misma posición, como si sus piernas estuvieran inmóviles. En unas pocas semanas nos diagnosticaron, nos compadecieron y nos aconsejaron que comenzáramos a planificar para tener un segundo hijo sano." Debido a una combinación fatal de genes, Misha, como otros niños con esta enfermedad, se vio obligado a luchar por cada movimiento a lo largo de su corta vida. Lucha desesperadamente, con todas tus fuerzas, pero al final pierde. Atrofia muscular espinal (AME) es una de las anomalías genéticas contra las que la humanidad aún es impotente. Sin embargo, los éxitos de la terapia génica, que el mundo médico observa hoy, pueden transferir tanto la AME como otras patologías hereditarias graves a la categoría de curables. Además, son curables en el útero.

El patrocinador general del concurso es la empresa Diaem: el mayor proveedor de equipos, reactivos y consumibles para la investigación y producción biológica.

El premio del público fue patrocinado por el Centro de Genética Médica.

Patrocinador del concurso "Libro" - "Alpina Non-Fiction"

La naturaleza comete errores, el hombre corrige

El concepto de terapia génica es elegante y hermoso, como todo ingenio. Consiste en introducir material genético sano en una célula mediante sistemas vectoriales para sustituir genes “erróneos” a los que se asocian diversas enfermedades (fig. 1).

“Biomolecule” ya ha escrito detalladamente sobre las posibilidades que abre la terapia génica en el tratamiento del cáncer y las anomalías hereditarias, en particular la retinosis pigmentaria.

Y si en los años 80 del siglo pasado, cuando se empezó a hablar bastante alto sobre la terapia génica, su teoría parecía a muchos una continuación del escenario de la película "Regreso al futuro", pero hoy se ha convertido en una realidad. abriendo perspectivas nuevas y verdaderamente ilimitadas.

Sin embargo, está claro que la terapia génica tiene una serie de limitaciones, especialmente cuando se trata de enfermedades hereditarias. En primer lugar, el proceso patológico en tales casos puede comenzar en el útero. Cuando finalmente se diagnostica la enfermedad (a veces años después del nacimiento del bebé), es posible que se hayan desarrollado daños irreversibles en las células y órganos, lo que limita o elimina significativamente las opciones terapéuticas.

La posibilidad de solucionar este problema ha surgido gracias al diagnóstico prenatal moderno, que permite detectar defectos cromosómicos ya en las primeras etapas del embarazo. Al obtener cualquier material fetal mediante técnicas invasivas, se pueden diagnosticar enfermedades genéticas de forma rápida y fiable. Y en los casos de hemoglobinopatías, la necesidad de manipulaciones invasivas desaparece por completo: para identificarlas, basta con examinar el ADN fetal obtenido de las células sanguíneas de la madre.

Las modernas técnicas de diagnóstico prenatal, combinadas con los avances en la terapia génica, brindan una oportunidad única para corregir el "error" de la naturaleza e intervenir en el proceso patológico antes de que se produzca un daño celular irreversible. Proporcionar tratamiento para diversas enfermedades del niño en el útero, o al menos frenar la progresión de la enfermedad, con toda probabilidad, puede terapia génica fetal, o terapia génica fetal.

La idea de la terapia génica fetal no es nueva: pocos años después del primer intento de terapia génica en adultos, en 1994, los investigadores comenzaron a discutir seriamente el uso de esta innovadora técnica en el útero. Hoy en día, cuando el tratamiento de enfermedades genéticas en el útero prácticamente ha pasado de ser una perspectiva fantástica a una realidad, se han publicado muchos trabajos en los que se publica la terapia génica fetal y sus ventajas frente a la terapia génica en adultos.

Prenatal vs posnatalmente

Anticipándonos a las preguntas sobre la conveniencia de la corrección intrauterina de una anomalía genética, centrémonos inmediatamente en las ventajas de la terapia génica fetal en comparación con la terapia génica posnatal.

Amplia gama de efectos sobre órganos y sistemas.

Se sabe que en muchas enfermedades genéticas (por ejemplo, epidermólisis ampollosa o fibrosis quística) puede resultar bastante difícil influir en los principales eslabones del proceso patológico casi inmediatamente después del nacimiento. La corrección de genes mutantes en el feto en desarrollo permite aumentar rápidamente la población de células madre, proporcionando una gran reserva de células transfectadas y, como consecuencia, un efecto terapéutico pronunciado.

Producción simplificada de un vector clínico portador de material genético.

La dosis del vector viral utilizado para transferir el material genético depende del peso corporal. Debido al pequeño tamaño del feto, es posible lograr una biodistribución del vector mucho mayor con la misma dosis que durante la terapia génica para un adulto. Esto ahorra tiempo y dinero. Datos comparativos simples ayudan a imaginar cuán significativos son los ahorros: por ejemplo, un feto entre las semanas 14 y 16 de embarazo (el período óptimo para la inducción de vectores) pesa alrededor de 100 g, mientras que el peso corporal promedio de un adulto es de alrededor de 60 kg.

Aumento de la eficacia de la terapia debido a una respuesta inmune incompleta.

Varios estudios han demostrado que la inmunidad humoral a los adenovirus y virus adenoasociados (AAV) (Figura 2) de ciertos serotipos que se usan comúnmente como vectores puede provocar una falla en la expresión del transgén. Esta puede ser una de las barreras críticas para el éxito del trasplante.

Alrededor del 50% de los adultos que tienen una respuesta inmune adquirida a estos vectores virales están en riesgo. Pero incluso en ausencia de sensibilidad, la administración de vectores en adultos a menudo conduce al desarrollo de una respuesta inmune que reduce la duración y el nivel de expresión del transgén. Así, tras la inyección intramuscular de un vector adenoviral con el gen de la proteína distrofina Los ratones adultos con distrofia muscular de Duchenne desarrollan anticuerpos contra la distrofina, lo que se asocia con una disminución significativa en la eficiencia de expresión. Al mismo tiempo, el feto en el útero es inmunológicamente inmaduro, lo que permite la entrega del vector viral y del producto transgénico sin la restricción impuesta por la respuesta inmune.

Las ventajas evidentes de la terapia fetal en comparación con la corrección posnatal garantizan su mayor eficacia y viabilidad, especialmente en enfermedades graves que ponen en peligro la vida. Incluso en los casos en los que no se puede lograr una curación completa, la terapia génica fetal puede influir en las partes patológicas de la enfermedad, facilitando su curso y mejorando el pronóstico. Y, por tanto, puede convertirse en la única alternativa terapéutica para interrumpir el embarazo para miles de familias. Además, el número de enfermedades que podrían controlarse cuando se introduce la terapia génica fetal en la práctica clínica es realmente enorme.

Perspectivas y oportunidades

Se cree que la terapia génica fetal es capaz de controlar muchas patologías peligrosas. Sólo una pequeña fracción de ellos se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1. Enfermedades que se pueden controlar con terapia génica fetal .

Enfermedad	Medicamento de terapia genética	Células y/u órgano diana	Edad de manifestación de la enfermedad.	Predominio	Esperanza de vida
Fibrosis quística	CFTR (regulador transmembrana)	Células epiteliales del tracto respiratorio y los intestinos.	Tercer trimestre de embarazo	1:4000	unos 35 años
Distrofia muscular de Duchenne	distrofina	miocitos	2 años	1:4500	25 años
Atrofia muscular espinal	proteína SMN	Neuronas motoras	6 meses (tipo I)	1:10 000	2 años
Hemofilia	Factor de coagulación VIII o IX	Hepatocitos	1 año	1:6000
Beta talasemia	globina	Precursores de los glóbulos rojos	Hasta un año	1:2700	Hasta 20 años
enfermedad de Gaucher	glucocerebrosidasa	Hepatocitos	9,5 años	1:59 000	Menos de 2 años
Defectos del ciclo de la urea.	Ornitina transcarbamilasa	Hepatocitos	2 dias	1:30 000	2 dias
Epidermólisis ampollosa	Colágeno tipo VII	Queratinocitos	Nacimiento	1:40 000	Con la terapia correcta, la esperanza de vida normal.
Encefalopatía isquémica hipóxica	Factores neurotróficos	Neuronas corticales	Nacimiento	1:1000	Con la terapia correcta, la esperanza de vida normal.
Restricción severa del crecimiento intrauterino	Factores de crecimiento placentario	trofoblasto	Feto	1:500	Algunos días

Además, las patologías que se cree que pueden controlarse mediante terapia fetal incluyen:

Trastornos de inmunodeficiencia- síndrome de linfocitos desnudos, hipoplasia del cartílago, síndrome de Chediak-Higashi, enfermedad granulomatosa crónica, síndrome de Kostman, deficiencia de adhesión de leucocitos, síndrome de Omenn, síndrome de Wiskott-Aldrich.
Hemoglobinopatías- Enfermedad del Rh, porfiria eritropoyética congénita.
Enfermedades asociadas con deficiencia de actividad enzimática.- Enfermedad de Gaucher, enfermedad de Krabbe, leucodistrofia metacromática, mucopolisacaridosis, enfermedad de Wolman, enfermedad de Niemann-Pick.
Otro- disqueratosis congénita, linfohistiocistosis hemafagocítica familiar, osteopetrosis infantil, síndrome de Shwachman-Diamond, etc.

La lista de enfermedades que pueden estar al alcance de la terapia génica fetal es asombrosa: presumiblemente, esta técnica permitirá intervenir en procesos patológicos que antes escapaban al control humano y que son causados por enfermedades monogénicas. Su número, según la Organización Mundial de la Salud, llega a diez mil. Sin embargo, es importante tener en cuenta la existencia de una serie de limitaciones y, principalmente, los riesgos para la madre y el feto asociados a la terapia génica intrauterina.

Miedos y riesgos

Los riesgos específicos de la transferencia genética prenatal son fundamentalmente diferentes de los de la terapia génica posnatal. Estos incluyen reacciones adversas a corto plazo y efectos posnatales a largo plazo. Su relevancia se ve exacerbada por el hecho de que, hipotéticamente, la expresión de genes fetales puede tener efectos impredecibles tanto en el desarrollo prenatal como posnatal.

En primer lugar, el procedimiento de transferencia en sí está directamente asociado con una mayor probabilidad de aborto espontáneo, corioamnionitis y parto prematuro. Los estudios han documentado reacciones inflamatorias al vector, particularmente infiltración hepática y necrosis hepática en la terapia génica fetal de ovejas.

El éxito de la terapia génica fetal puede verse contrarrestado por la respuesta inmune fetal, lo que conlleva ciertos riesgos para el resultado final. Las respuestas humorales y celulares a la introducción de un vector o proteína transgénica a través de sistemas de transducción celular pueden eliminar productos de transferencia o neutralizar la expresión transgénica. Al mismo tiempo, los estudios han demostrado la dependencia de la fuerza de la respuesta inmune de la edad gestacional. No se registraron reacciones inmunes significativas a la introducción de un vector lentiviral en las etapas temprana y media del embarazo, mientras que se observó una poderosa respuesta humoral contra el antígeno de la cápside con la introducción de un vector adenoviral en las últimas etapas.

Uno de los problemas extremadamente importantes de la terapia génica fetal es el riesgo potencial que surge al transmitir secuencias de ADN del donante al feto. Dado que la integración vectorial en las células germinales es probable que sea aleatoria, en teoría podría tener consecuencias catastróficas para el feto. De hecho, un niño que recibe material genético de un donante en el útero nace mutante. El componente ético de la terapia génica preocupa a científicos y teólogos. Estos últimos, desde el nacimiento de la oveja más famosa de la historia de la ciencia, vienen advirtiendo sobre los peligros que la interferencia en el plan de Dios trae para la humanidad.

Otro aspecto importante se debe a la probabilidad de mutagénesis en las células fetales, que conduce a un defecto en cualquier gen funcional, que en última instancia puede convertirse en la causa de una enfermedad genética adquirida o de un tumor maligno ahora nuevo. Esta posibilidad parece aún más probable dada la evidencia de un estudio con ratones en el que la expresión genética en embriones de ratón desencadenó el desarrollo de tumores hepáticos.

En este contexto, los resultados de dos estudios que demuestran el desarrollo de efectos secundarios graves después de una terapia génica exitosa para la inmunodeficiencia combinada ligada al cromosoma X pueden estar lejos de ser una coincidencia: en el primer caso, se registró la manifestación de una enfermedad linfoproliferativa monoclonal, y en el segundo. en segundo lugar, la proliferación de células T alfa/beta. Tanto en el primer como en el segundo caso, el vector retroviral se integró muy cerca del gen. OVM2 en células T en proliferación.

Teóricamente la terapia genética. ex-vivo puede ser más seguro que en vivo inyección fetal del vector. Aunque esto no excluye la posibilidad de mutagénesis en células transducidas retroviralmente in vitro, la introducción de mutágeno se puede detectar y controlar más fácilmente. Sin embargo, lamentablemente no se pueden excluir por completo estas complicaciones.

Finalmente, la terapia génica fetal aumenta la susceptibilidad de las células fetales a la transducción. Se observó transducción retroviral de bajo nivel en progenitores de células germinales en gónadas masculinas y femeninas después de la inyección intraperitoneal del vector en embriones de oveja y mono, respectivamente. El análisis de los factores que conducen a la transducción no intencionada ha demostrado que la susceptibilidad del tejido fetal depende de la edad gestacional, con tasas más altas de transducción al comienzo del embarazo.

Desde el punto de vista de los riesgos potenciales, es obvio que la terapia génica fetal puede ser un método razonable para tratar sólo enfermedades genéticas graves para las que no existen otras opciones de corrección. Y entre ellas, por supuesto, se encuentra la enfermedad de Gaucher, cuya posibilidad de terapia génica intrauterina quedó demostrada en un estudio publicado recientemente.

Primero en desaparecer: la enfermedad de Gaucher

En julio de 2018, la revista Medicina de la naturaleza publicó los resultados de un estudio con ratones dirigido por Simon Waddington ( Simón Waddington) del Instituto de Salud de la Mujer de Londres. Los resultados del trabajo demostraron la eficacia de la terapia génica fetal en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas y, en particular, de la enfermedad de Gaucher. Esta es la forma más común entre las enzimopatías hereditarias raras, que se basa en una deficiencia de la actividad de las enzimas lisosomales. glucosacerebrosidasa(Fig. 3), causada por mutaciones en el gen. glucosilceramidasa. Dependiendo de la naturaleza de las mutaciones, puede desarrollarse una forma neuropática grave de la enfermedad, que se manifiesta desde la infancia, o una forma con un inicio más gradual y síntomas menos graves. Si bien las formas más leves de la enfermedad de Gaucher responden bien a la terapia de reemplazo, la forma grave sigue siendo fatal. Los signos de la forma incurable de la enfermedad de Gaucher aparecen en los primeros meses de vida e incluyen hipotonía muscular progresiva, retraso y regresión del desarrollo psicomotor y otros signos neurológicos.

En un estudio, Waddington et al demostraron que la inyección intracraneal del vector 9 del virus adenoasociado (AAV9) en ratones embrionarios el día 16 de gestación dio como resultado una mayor expresión de glucosacerebrosidasa, lo que revirtió la neurodegeneración. Al mismo tiempo, la actividad enzimática en el cerebro era comparable a la de ratones sanos. A pesar de que a los roedores enfermos todavía se les diagnosticó un proceso inflamatorio en el cerebro, se desarrollaron significativamente mejor que los ratones del grupo de control, que tuvieron que ser sacrificados dos semanas después del tratamiento debido a la gravedad de la enfermedad.

Los ratones tratados con terapia génica fetal vivieron al menos 18 semanas, eran fértiles y móviles. Curiosamente, la administración posnatal del vector también alivió la enfermedad, pero fue menos eficaz que la expresión prenatal.

Debido a que AAV9 pudo ingresar al cerebro desde el torrente sanguíneo, el equipo de Waddington realizó otro experimento en el que inyectaron una dosis significativamente mayor del vector no en el cerebro, sino directamente en la sangre de fetos de ratón. Los ratones eran en gran medida indistinguibles de los ratones sanos después de la expresión, pero debido a que sólo vivieron 55 días en condiciones experimentales, los científicos no pudieron sacar conclusiones sobre la eficacia a largo plazo de la terapia génica intravenosa.

El experimento de Waddington fue el trabajo más complejo hasta la fecha en el que se llevó a cabo terapia génica fetal en animales. Hoy el equipo está trabajando con la corporación. Terapéutica Apolo, que reunió los esfuerzos de tres universidades británicas y tres importantes empresas farmacéuticas. Waddington y sus colegas persiguen un nuevo objetivo: esta vez tienen la tarea de obtener datos preclínicos y potencialmente probar el tratamiento en humanos. Y mientras los escépticos reflexionan sobre el abanico de posibilidades para el uso de la terapia genética fetal en humanos, que puede reducirse significativamente por el hecho de que la enfermedad de Gaucher no está incluida en las pruebas prenatales, el equipo de Waddington avanza con confianza hacia el futuro. Un futuro en el que los niños con enfermedad de Gaucher, distrofia muscular de Duchenne, AME y muchas otras enfermedades raras, pero hoy, por desgracia, incurables puedan recuperarse.

Literatura

12 métodos en imágenes: ingeniería genética. Parte II: Herramientas y Técnicas;

gene ter

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La terapia génica es una de las áreas de la medicina en rápido desarrollo y consiste en tratar a una persona introduciendo genes sanos en el cuerpo. Además, según los científicos, con la ayuda de la terapia genética es posible agregar un gen faltante, corregirlo o reemplazarlo, mejorando así el funcionamiento del cuerpo a nivel celular y normalizando la condición del paciente.

Según los científicos, actualmente hay 200 millones de personas en el planeta que son candidatos potenciales para la terapia génica, y esta cifra está creciendo constantemente. Y es muy gratificante que varios miles de pacientes ya hayan recibido tratamiento para enfermedades incurables en el marco de ensayos en curso.

En este artículo hablaremos sobre las tareas que se propone la terapia génica, qué enfermedades se pueden tratar con este método y qué problemas tienen que afrontar los científicos.

¿Dónde se utiliza la terapia génica?

La terapia génica se concibió originalmente para combatir enfermedades hereditarias graves como la enfermedad de Huntington, la fibrosis quística y determinadas enfermedades infecciosas. Sin embargo, el año 1990, cuando los científicos lograron corregir un gen defectuoso e, introduciéndolo en el cuerpo del paciente, vencer la fibrosis quística, se convirtió en un verdadero revolucionario en el campo de la terapia génica. Millones de personas en todo el mundo han recibido esperanzas en el tratamiento de enfermedades que antes se consideraban incurables. Y aunque esta terapia se encuentra en las primeras etapas de su desarrollo, su potencial sorprende incluso en el mundo científico.

Por ejemplo, además de la fibrosis quística, los científicos modernos han logrado avances en la lucha contra patologías hereditarias como la hemofilia, la enzimopatía y la inmunodeficiencia. Además, el tratamiento genético permite combatir algunas enfermedades oncológicas, así como patologías cardíacas, enfermedades del sistema nervioso e incluso lesiones, por ejemplo, daños a los nervios. Así, la terapia génica trata enfermedades extremadamente graves que provocan una mortalidad precoz y que muchas veces no tienen otro tratamiento que la terapia génica.

Principio del tratamiento genético.

Como sustancia activa, los médicos utilizan información genética o, para ser más precisos, moléculas que son portadoras de dicha información. Con menos frecuencia, se utilizan ácidos nucleicos de ARN para esto y, con mayor frecuencia, células de ADN.

Cada una de estas células tiene una llamada "copiadora", un mecanismo mediante el cual traduce información genética en proteínas. Una célula que tiene el gen correcto y la fotocopiadora funciona sin fallos es una célula sana desde el punto de vista de la terapia génica. Cada célula sana tiene una biblioteca completa de genes originales, que utiliza para el funcionamiento correcto y armonioso de todo el organismo. Sin embargo, si por alguna razón se pierde un gen importante, no es posible restaurar dicha pérdida.

Esto se convierte en la causa del desarrollo de enfermedades genéticas graves, como la distrofia muscular de Duchenne (con ella, el paciente desarrolla parálisis muscular y, en la mayoría de los casos, no vive hasta los 30 años y muere por paro respiratorio). O una situación menos fatal. Por ejemplo, una "degradación" de un determinado gen conduce al hecho de que la proteína deja de realizar sus funciones. Y esto se convierte en la causa del desarrollo de la hemofilia.

En cualquiera de los casos enumerados, la terapia génica viene al rescate, cuya tarea es entregar una copia normal del gen a una célula enferma y colocarla en una "copiadora" celular. En este caso, el funcionamiento de la célula mejorará y posiblemente se restablecerá el funcionamiento de todo el cuerpo, gracias a lo cual la persona se librará de una enfermedad grave y podrá prolongar su vida.

¿Qué enfermedades puede tratar la terapia génica?

¿Cuánto ayuda realmente la terapia génica a una persona? Según los científicos, en el mundo hay alrededor de 4.200 enfermedades que surgen como resultado del mal funcionamiento de genes. En este sentido, el potencial de esta área de la medicina es sencillamente increíble. Sin embargo, lo que es mucho más importante es lo que los médicos han logrado hasta ahora. Por supuesto, en este camino hay muchas dificultades, pero hoy se pueden identificar varias victorias locales.

Por ejemplo, los científicos modernos están desarrollando enfoques para tratar la enfermedad coronaria a través de genes. Pero se trata de una enfermedad increíblemente común que afecta a muchas más personas que las patologías congénitas. En última instancia, una persona que se enfrenta a una enfermedad coronaria se encuentra en un estado en el que la terapia genética puede ser su única salvación.

Además, hoy en día las patologías asociadas con daños al sistema nervioso central se tratan con la ayuda de genes. Se trata de enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Alzheimer o la enfermedad de Parkinson. Curiosamente, para tratar estas dolencias se utilizan virus que tienden a atacar el sistema nervioso. Así, con la ayuda del virus del herpes, se administran citocinas y factores de crecimiento al sistema nervioso, lo que ralentiza el desarrollo de la enfermedad. Este es un ejemplo sorprendente de cómo un virus patógeno que generalmente causa enfermedades se procesa en el laboratorio, se le quitan las proteínas portadoras de enfermedades y se usa como un casete que suministra sustancias curativas a los nervios y, por lo tanto, actúa en beneficio de la salud, prolongando la vida humana. vida.

Otra enfermedad hereditaria grave es la colesterolemia, que provoca que el cuerpo humano no pueda regular el colesterol, por lo que se acumula grasa en el cuerpo y aumenta el riesgo de sufrir ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. Para hacer frente a este problema, los especialistas extirpan parte del hígado del paciente y corrigen el gen dañado, impidiendo una mayor acumulación de colesterol en el cuerpo. Luego, el gen corregido se coloca en un virus de hepatitis neutralizado y se envía de regreso al hígado.

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Hay avances positivos en la lucha contra el SIDA. No es ningún secreto que el SIDA es causado por el virus de la inmunodeficiencia humana, que destruye el sistema inmunológico y abre la puerta a enfermedades mortales en el cuerpo. Los científicos modernos ya saben cómo cambiar genes para que dejen de debilitar el sistema inmunológico y comiencen a fortalecerlo para contrarrestar el virus. Estos genes se introducen a través de la sangre, mediante transfusión de sangre.

La terapia génica también actúa contra el cáncer, en particular contra el cáncer de piel (melanoma). El tratamiento de estos pacientes implica la introducción de genes con factores de necrosis tumoral, es decir. genes que contienen proteínas antitumorales. Además, hoy se están realizando ensayos para el tratamiento del cáncer de cerebro, en los que a los pacientes enfermos se les inyecta un gen que contiene información para aumentar la sensibilidad de las células malignas a los fármacos utilizados.

La enfermedad de Gaucher es una enfermedad hereditaria grave causada por una mutación en un gen que suprime la producción de una enzima especial, la glucocerebrosidasa. Las personas que padecen esta enfermedad incurable tienen el bazo y el hígado agrandados y, a medida que la enfermedad avanza, los huesos comienzan a deteriorarse. Los científicos ya han logrado experimentos para introducir en el cuerpo de estos pacientes un gen que contiene información sobre la producción de esta enzima.

Aquí hay otro ejemplo. No es ningún secreto que una persona ciega se ve privada de la capacidad de percibir imágenes visuales por el resto de su vida. Se considera que una de las causas de la ceguera congénita es la llamada atrofia de Leber, que, de hecho, es una mutación genética. Hasta la fecha, los científicos han devuelto la capacidad visual a 80 personas ciegas utilizando un adenovirus modificado que entregó el gen "funcional" al tejido ocular. Por cierto, hace varios años los científicos lograron curar el daltonismo en monos experimentales introduciendo un gen humano sano en la retina del ojo del animal. Y más recientemente, una operación de este tipo permitió a los primeros pacientes curar el daltonismo.

Por lo general, el método de transmisión de información genética mediante virus es el más óptimo, ya que los propios virus encuentran sus objetivos en el cuerpo (el virus del herpes definitivamente encontrará neuronas y el virus de la hepatitis encontrará el hígado). Sin embargo, este método de entrega de genes tiene un inconveniente importante: los virus son inmunogénicos, lo que significa que cuando ingresan al cuerpo, el sistema inmunológico puede destruirlos antes de que tengan tiempo de actuar, o incluso causar poderosas respuestas inmunes del cuerpo. sólo empeorando el estado de salud.

Existe otro método para entregar material genético. Es una molécula de ADN circular o plásmido. Gira perfectamente en espiral, volviéndose muy compacto, lo que permite a los científicos "empacarlo" en un polímero químico e introducirlo en una célula. A diferencia de un virus, un plásmido no provoca una respuesta inmune en el cuerpo. Sin embargo, este método es menos adecuado porque después de 14 días, el plásmido se elimina de la célula y se detiene la producción de proteínas. Es decir, de esta forma el gen debe introducirse durante un largo periodo de tiempo hasta que la célula se “recupere”.

Por lo tanto, los científicos modernos tienen dos métodos poderosos para administrar genes a las células "enfermas", y el uso de virus parece más preferible. En cualquier caso, la decisión final sobre la elección de un método u otro la toma el médico, en función de la reacción del cuerpo del paciente.

Desafíos que enfrenta la terapia génica

Se puede llegar a la conclusión definitiva de que la terapia génica es un área de la medicina poco estudiada, que se asocia con una gran cantidad de fracasos y efectos secundarios, y este es su gran inconveniente. Sin embargo, también existe una cuestión ética, porque muchos científicos están categóricamente en contra de la intervención en la estructura genética del cuerpo humano. Por eso hoy existe una prohibición internacional del uso de células germinales, así como de células germinales preimplantacionales, en la terapia génica. Esto se hizo para prevenir cambios genéticos y mutaciones no deseados en nuestros descendientes.

Por lo demás, la terapia génica no viola ninguna norma ética, porque está diseñada para combatir enfermedades graves e incurables, frente a las cuales la medicina oficial es simplemente impotente. Y ésta es la ventaja más importante del tratamiento genético.
¡Cuídate!

Hoy en día, la terapia genética finalmente está comenzando a estar a la altura de las esperanzas que alguna vez se depositaron en ella. Durante los últimos seis años, gracias a la introducción de genes funcionales específicos en partes del cuerpo del paciente, fue posible restaurar la visión en 40 pacientes con ceguera hereditaria. Se han logrado resultados brillantes en la lucha contra diversas formas de leucemia: de 120 sujetos, varios pacientes lograron una remisión que duró tres años. La terapia génica también ha demostrado su eficacia en la lucha contra la hemofilia, una enfermedad hereditaria que en ocasiones provoca la muerte del paciente. Ahora el paciente no necesita tomar dosis altas de medicamentos que aumentan la coagulación sanguínea y tienen efectos secundarios peligrosos.

Los resultados positivos fueron recibidos con gran entusiasmo también porque la terapia genética fue abandonada hace 15 años después de la prematura muerte de Jesse Gelsinger, un adolescente con un raro trastorno digestivo. El sistema inmunológico del joven reaccionó tan violentamente a la introducción de un gen extraño que el cuerpo no pudo soportarlo. Los éxitos de la terapia genética logrados en la década de 1990 no fueron tan impresionantes como se esperaba.

Todo esto nos obligó a reconsiderar algunos de los métodos utilizados y evaluar con mayor seriedad las posibilidades de utilizar la terapia génica para eliminar diversas patologías. Tuve que abandonar las ilusiones y volver a la investigación fundamental. En primer lugar, era necesario establecer la causa de los posibles efectos secundarios (como los que provocaron la muerte de Gelsinger) y aprender a evitarlos. Se debería haber prestado más atención a la comunicación con los pacientes y sus familiares para que las decisiones que tomen fueran informadas.

Un punto de inflexión en la situación se produjo hace seis años, después de que se utilizara la terapia genética para curar a un niño de ocho años llamado Corey Haas, que padecía una enfermedad ocular degenerativa. Inicialmente, como resultado de la manipulación genética, la proteína faltante comenzó a producirse en la retina afectada del ojo izquierdo, y cuatro días después de la operación, el niño visitó el zoológico y, para su indescriptible deleite, se dio cuenta de que estaba viendo un azul. cielo y globos multicolores. Tres años más tarde, se realizaron manipulaciones similares en el ojo derecho. Ahora Corey puede ver tan bien que puede ir a cazar con su abuelo.

La terapia genética aún no ha entrado en el arsenal de los médicos en ejercicio, pero hay esperanzas de que esto suceda en los próximos diez años. En 2012, se intentó en Europa utilizarlo para eliminar una patología rara pero extremadamente dolorosa, la llamada deficiencia familiar de lipoproteína lipasa. Se espera que en Estados Unidos se apruebe el uso de la terapia génica en medicina en 2016, y luego habrá que compensar lo perdido durante diez años de inacción.

Cruel decepción

Los fracasos que sufrieron los investigadores en las primeras etapas del uso de la terapia génica en la práctica mostraron claramente lo difícil que es prever todas las consecuencias de la introducción de genes extraños en el cuerpo. Con demasiada frecuencia, los sistemas más seguros para su administración resultan insuficientemente eficaces y algunos de los más eficaces resultan inseguros: se produce una reacción inmunitaria demasiado violenta, como en el caso de Gelsinger, o se desarrolla leucemia.

Para comprender qué desencadena los efectos secundarios y descubrir cómo reducir el riesgo de que se produzcan, los genetistas se han centrado en estudiar de cerca el sistema de administración de genes más común: diseñar virus que actúan como jeringas de inyección microscópicas.

En primer lugar, se eliminó una porción significativa del ADN viral para dejar espacio a los genes que se iban a introducir en el cuerpo del paciente. (Este procedimiento privó al mismo tiempo al virus de su capacidad de reproducirse). El virus transformado, portador de los genes diana, se inyectó en la parte deseada del cuerpo, donde los insertó en las regiones apropiadas del ADN celular, según el tipo. de virus.

En el momento en que Gelsinger se ofreció como voluntario en ensayos clínicos de terapia génica, el sistema de administración más común de genes extraños en humanos eran los adenovirus, que generalmente causan infecciones leves del tracto respiratorio superior. Según investigadores de la Universidad de Pensilvania, el resultado óptimo se consigue inyectando el virus en el hígado; aquí es donde se encuentran las células que producen la enzima digestiva de la que carecía Gelsinger. Se insertó una copia funcional del gen de esta enzima en una partícula viral inactivada y se inyectaron un billón de estas partículas en el hígado del paciente.

Desafortunadamente, algunas partículas no solo ingresaron a las células del hígado, como se suponía, sino también a una gran cantidad de macrófagos, células grandes que "protegen" el sistema inmunológico, así como a las células dendríticas, notificando a estas últimas sobre la invasión. de agentes extranjeros. El sistema inmunológico inmediatamente comenzó a destruir todas las células infectadas y este proceso violento finalmente mató al paciente.

La gravedad de la respuesta inmune sorprendió a los investigadores. Ninguno de los otros 17 voluntarios experimentó algo similar. Se sabía que el adenovirus podía causar una reacción inmune, pero aparte de un incidente que involucró a un mono al que se le inyectó un adenovirus ligeramente diferente al descrito anteriormente, el caso de Gelsinger fue único. "La población humana es mucho más heterogénea que la población animal", dice James Wilson de la Universidad de Pensilvania, quien desarrolló el sistema de administración de genes dirigidos utilizado en los ensayos clínicos de Gelsinger. "Y en nuestro caso, un paciente era significativamente diferente en cierto modo. del resto." Quizás la tragedia no habría ocurrido si la dosis del virus hubiera sido menor: no un billón de partículas, sino varios miles de millones. Otro defecto fue que ni el paciente ni sus familiares fueron informados sobre la muerte del mono en pruebas similares, y nadie sabía qué decisión habrían tomado si hubieran sabido del incidente.

La tragedia que le ocurrió a Gelsinger no fue la última. Pronto se intentó eliminar otra patología mediante terapia génica: la inmunodeficiencia combinada grave XI (SCID-X1). En las pruebas participaron 20 niños; Cinco de ellos desarrollaron leucemia y un niño murió. Y nuevamente el culpable fue el sistema de administración, aunque en este caso se utilizó un vector diferente: un retrovirus que inserta genes diana directamente en el ADN celular. Su ubicación exacta en el genoma varía ligeramente y, a veces, se activan cerca de un oncogén, lo que provoca cáncer en determinadas condiciones.

Revisando la tecnología

Las trágicas consecuencias del uso de retrovirus y adenovirus como vectores nos obligaron a recurrir a otros vectores. Como resultado, se seleccionaron dos virus.

El primero de ellos, el virus adenoasociado (AAV), no provoca ninguna infección en humanos. La mayoría de nosotros nos convertimos en portadores en un momento u otro de nuestras vidas, y es por esto que es poco probable que el sistema inmunológico reaccione cuando actúa como vector. El VAA tiene otra característica que ayuda a minimizar el riesgo de efectos secundarios: viene en muchas variedades (serotipos), cada una de las cuales prefiere infectar las células de “su” órgano o tejido. Entonces, para AAV2 estos son los ojos, para AAV8, el hígado, para AAV9, el músculo cardíaco y el cerebro. Es posible seleccionar la variante del virus que sea óptima para la parte del cuerpo objetivo y minimizar la respuesta inmune y otros efectos no deseados. Además, AAVue incorpora su material genético en el genoma de la célula huésped y, por tanto, no puede provocar cáncer mediante la activación aleatoria de oncogenes.

En 1996 se probó por primera vez la capacidad del virus adenoasociado para entregar material genético a los tejidos deseados. Las pruebas se realizaron en voluntarios que padecían fibrosis quística. Desde entonces, se han identificado 11 serotipos de este virus y se han construido cientos de vectores selectivos y seguros a partir de sus componentes. Actualmente se están probando vectores basados en el virus AAV para terapia génica en patologías como las enfermedades de Parkinson y Alzheimer, así como en hemofilia, distrofia muscular, insuficiencia cardíaca y ceguera.

Sorprendentemente, el segundo virus es una versión debilitada del virus de la inmunodeficiencia humana, el agente causante del SIDA. Olvidémonos por un momento de su mala fama y centrémonos en sus ventajas como vector. El VIH es un miembro del género Lentivirus de la familia de los rstrovirus. Actúa sobre las células del sistema inmunológico y, lo que es muy importante, no activa los oncogenes.

Si eliminamos los genes responsables del efecto letal del VIH, obtendremos un excelente vector con una amplia gama de capacidades. Así lo afirma Stuart Naylor, ex director científico de la empresa inglesa Oxford Biomedica. A diferencia de los AAV más pequeños, el VIH "neutralizado" es adecuado para transferir varios genes a la vez. No es tóxico y no provoca una reacción inmune. Se están probando los lentivirus, privados de la capacidad de causar infección, para determinar la posibilidad de utilizarlos para eliminar diversas patologías, en particular la adenoleucodistrofia. Hoy, varios niños con este diagnóstico han podido regresar a la escuela gracias a la terapia génica.

Paralelamente a los ensayos clínicos con VIH AAVn, se está trabajando para modificar vectores virales más antiguos para que puedan usarse en determinadas circunstancias. Así, los retrovirus (a excepción del VIH) están modificados genéticamente para que no provoquen leucemia.

Ni siquiera el adenovirus, cuyo uso provocó la muerte de Gelsinger, ha sido completamente descartado. Ahora se inyecta sólo en partes del cuerpo donde es poco probable que provoque una reacción inmune. Una de sus posibles aplicaciones es la terapia génica para la xerotomía (boca seca) en pacientes que han estado expuestos a radiación por cáncer de cabeza y cuello. en el que se dañan las glándulas salivales.

Los Institutos Nacionales de Salud están llevando a cabo un ensayo clínico (en el que participan un pequeño número de voluntarios) de un método basado en la introducción en las células correspondientes de genes que median en la formación de canales para el paso del agua a las glándulas salivales. Dado que estos últimos son de tamaño pequeño y más o menos aislados, y la dosis del virus es mil veces menor que la que recibió Gelsinger una vez, se minimiza la probabilidad de una reacción inmune demasiado fuerte. Según los desarrolladores, las partículas virales que no llegan a las células diana deben destruirse en la saliva, escupirse o tragarse, lo que nuevamente reduce el riesgo de desarrollar una reacción inmune. Desde 2006, este método ha mejorado significativamente la condición de 11 pacientes.

Nuevos objetivos

Inspirados por el éxito, los genetistas médicos ampliaron el alcance de la terapia génica e intentaron utilizarla para eliminar defectos genéticos de naturaleza no hereditaria.

Así, la Universidad de Pensilvania ya está utilizando este enfoque en la lucha contra uno de los cánceres más comunes en niños: la leucemia linfoblástica aguda (LLA). Para aproximadamente el 20% de los niños con este diagnóstico, la quimioterapia tradicional no ayuda.

La terapia génica en tales casos es particularmente compleja y se basa en el uso de receptores de antígenos quiméricos (CAR). Al igual que las quimeras de la antigua mitología griega, que consisten en partes del cuerpo de diferentes animales, estos receptores son un complejo de dos componentes del sistema inmunológico que normalmente no se encuentran en el cuerpo. Las células T a las que está unido adquieren la capacidad de buscar proteínas específicas contenidas en las células leucémicas en mayores cantidades que las normales y destruir las células anormales. Los primeros sujetos fueron pacientes adultos con leucemia crónica: los resultados obtenidos fueron alentadores. Los resultados de los ensayos realizados con niños enfermos superaron todas las expectativas.

Cuando a Emily Whitehead le diagnosticaron leucemia en mayo de 2010, tenía nueve años. Dos ciclos de quimioterapia no produjeron resultados. En la primavera de 2012 le realizaron un tercer tratamiento, que podría haber matado a un adulto, pero la niña sobrevivió, aunque desarrolló problemas en los riñones, el hígado y el bazo. Según el médico tratante Bruce Levine. "Emily estaba al borde de la muerte".

Luego le extrajeron sangre, aislaron células T y les inyectaron lentivirus. en cuyo genoma se incluyeron previamente los genes diana. Después de inyectar las células T quiméricas nuevamente en el cuerpo de la paciente, su condición comenzó a mejorar rápidamente. Después de tres semanas, el 25% de las células T de su médula ósea fueron modificadas genéticamente y comenzaron a cazar células cancerosas. “En abril la niña se quedó completamente calva. “, recuerda Levin, “y en agosto ya había adquirido su aspecto anterior y estaba listo para ir a la escuela”.

Es poco probable que las células T modificadas funcionen por el resto de su vida, pero el procedimiento siempre se puede repetir. Mientras tanto, esta linda chica de espeso cabello castaño está libre de células cancerosas. En el otoño de 2013, varios grupos de genetistas médicos informaron que habían utilizado la técnica CAR para tratar a 120 pacientes con la misma forma de leucemia que la de Emily Whitehead, así como otras formas. Cinco adultos y 19 de 22 niños entraron en remisión.

Perspectivas

Ahora los investigadores de terapia génica se enfrentan a otro desafío: necesitan obtener la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) para utilizar su sistema de vectores, más seguro que nunca en la clínica. Es necesario organizar ensayos clínicos de fase III con un gran grupo de voluntarios. Esto suele tardar entre uno y cinco años. A finales de 2013, aproximadamente el 5% de los 2.000 ensayos habían llegado a esta fase. Los creadores de un método de tratamiento mediante terapia génica para pacientes que padecen la enfermedad de Leber (pérdida de visión bilateral causada por una mutación en el ADN mitocondrial: Haas, de ocho años, padecía esta patología) han avanzado más que otros. Varias decenas de pacientes ya han conseguido recuperar la visión gracias a la terapia génica.

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