La medicina y las ciencias de la salud han experimentado grandes avances en las últimas décadas
entre estos avances  tenemos el uso de genes con fines terapéuticos
la denominada Terapia Génica
que representa una herramienta prometedora para curar algunas de aquellas enfermedades que las terapias con fármacos convencionales
no pueden solucionar
Terapia génica consiste en la transferencia de material genético dentro de células o tejidos
para prevenir o curar enfermedades.
Inicialmente
la terapia génica fue generada para tratar pacientes con enfermedades hereditarias, causadas
por el defecto en un solo gen, como la distrofia muscular o la hemofilia.
Aunque actualmente la mayoría de estudios de terapia génica se aplican también
a enfermedades de alta prevalencia en la población, ya sean estas poligénicas o no hereditarias como es el caso del cáncer
enfermedades cardiovasculares o la hepatitis C.
Nosotros podemos distinguir 2 tipos de aproximaciones dentro de la terapia génica
Terapia génica in vivo
Se basa en la introducción de un gen curativo en un vector
que es administrado directamente al paciente.
Este vector transferirá el gen de interés en el tejido diana
que producirá la proteína terapéutica.
Otra aproximación es la terapia génica ex vivo que se basa en la transferencia del vector que
lleva el gen terapéutico, a un cultivos de células procedentes del propio paciente.
Posteriormente
estas células manipuladas genéticamente son reintroducidas al paciente
donde producirán la proteína terapéutica.
Varios aspectos claves tienen que tenerse en cuenta en el diseño de una aproximación de terapia génica
En primer lugar se debe de seleccionar el gen terapéutico para tratar la enfermedad
Este gen terapéutico debe ser transportado por un vehículo o vector, hasta la célula diana
que es la que debe expresar el gen terapéutico
No obstante
para llegar a la célula diana
se debe de considerar la vía de administración, mediante la cual
se va a introducir el vector al paciente.
Finalmente
se deberá disponer de un modelo animal de las enfermedades humanas
en los que ensayar las aproximaciones de terapia génica.
El primer elemento clave en el desarrollo de un protocolo de terapia génica es la elección del
gen terapéutico que será introducido en el organismo para contrarrestar la enfermedad.
Existen enfermedades cuyo origen es la falta o disfunción de una sola proteína como
la Hemofília
o la Fibrosis Quística.
Para estas enfermedades
la elección del gen a transferir es fácilmente identificable.
Se introducirá la copia correcta del gen disfuncional que causa la enfermedad
Sin embargo
hay enfermedades como la diabetes, cáncer o SIDA, cuyo origen es más complejo
debido a que son el resultado de las interacciones de más de un gen
o debido a que están asociados a factores ambientales.
En estos casos
la elección del gen terapéutico puede resultar algo más complicada
Los genes a transferir dependerán de los estudios previos y del conocimiento profundo de la enfermedad que
ayudarán a los científicos a diseñar estrategias para curarla.
Además del gen de interés
se deben elegir las secuencias reguladoras de la expresión que determinan donde y cuando se producirá la proteína terapéutica
dónde y cuándo se producirá la proteína terapéutica
codificada por el gen.
Estas secuencias se denominan promotores
y se sitúan delante del gen a expresar.
Algunos promotores dirigen la expresión del gen a tipos celulares específicos como hepatocitos en el hígado
cardiomiocitos
en el corazón
o las fibras musculares en el músculo esquelético.
Otros promotores, en cambio, permiten la expresión del gen a la vez en múltiples tejidos del organismo.
El gen terapéutico es transportado hacia las células diana dentro de un vector.
Un vector ideal debería de ser capaz de transducir las células diana
sin generar respuesta inmune contra el mismo o contra el
gen terapéutico
A lo largo de los últimos años se han desarrollado un gran número de vectores
cada uno de ellos con características propias.
Sin embargo
no existe un único vector para tratar todas las enfermedades
la elección de uno u otro dependerá de factores tales como el tejido diana
a manipular o la enfermedad a tratar, que puede requerir un tratamiento a corto plazo
o crónico.
Podemos distinguir 2 grandes grupos de vectores en función de su origen.
Los vectores virales y los vectores no virales.
Los vectores virales derivan de los virus.
Los virus son agentes infecciosos que han evolucionado para ser altamente eficientes en la transferencia de su
material genético a las células huésped.
La terapia génica aprovecha esta característica de los virus para introducir
los genes terapéuticos en las células diana.
Para ello, gran parte o todos los genes del virus son sustituidos por el gen terapéutico
Convirtiendo el virus en un vector viral
Estos vectores virales son incapaces de producir enfermedades, ya que los genes patogénicos
han sido eliminados.
La estructura básica de un vector viral consiste en una cápside formada por
proteínas estructurales, dentro de la cual se localiza el ácido nucleico (ADN).
Algunos vectores poseen además una envoltura lipídica.
Los 4 tipos de vectores más comúnmente usados en terapia génica
incluyen los vectores retrovirales
los vectores lentivirales
los vectores adenovirales
y los vectores adenoasociados.
Los vectores retrovirales y lentivirales comparte características comunes ya que
ambos derivan de los retrovirus.
Los dos poseen una estructura muy similar basada en un genoma de ARN.
Cuando un vector retroviral o lentiviral infecta una célula diana
el genoma de ARN que contiene el gen terapéutico es retrotranscrito
a ADN de doble cadena, en el citoplasma,
gracias a la acción de la enzima transcriptasa inversa, que también es transportada por el vector.
Una vez retrotranscrito, el ADN con el gen terapéutico entra
en el núcleo, donde se integra en el genoma de la célula huésped.
Al estar integrado dentro del genoma
las células descendientes de la célula infectada, también contendrán el gen terapéutico.
Permitiendo así la expresión de forma estable.
Las principales diferencias entre los retrovirus y los lentivirus es que
en el primer caso el vector necesita que la célula huésped esté en proceso de división para poder
infectarla.
Sin embargo
los vectores lentivirales pueden infectar tanto células en división como aquellas que
no se dividen.
Por lo tanto,
el uso de los vectores retrovirales está limitado a aproximaciones de terapia génica ex vivo
mientras que los vectores lentivirales se pueden usar tanto en terapia génica ex vivo como in vivo.
Los vectores adenovirales derivan a su vez de los adenovirus.
Los adenovirus son virus con un genoma de ADN de doble cadena.
Después de entrar en contacto con la célula huésped, el vector adenoviral penetra en su interior, dentro de unas vesículas
o endosomas, siguiendo un proceso llamado endocitosis.
Después de liberarse del endosoma el ADN del adenovirus entra en el
núcleo
donde se mantiene de forma extracromosomal.
Los vectores adenovirales pueden infectar tanto células en división como células que no se dividen.
Estos vectores son capaces de producir altos niveles de la proteína terapéutica
sin embargo
los vectores adenovirales de primera generación,
en los que sólo se han eliminado algunos de los genes virales,
existe el reconocimiento del sistemia inmune de las proteínas virales que aún se expresan,
lleva a la destrucción de las células portadoras del vector poco después de la infección.
Como resultado
la expresión del gen terapéutico suele ser a corto plazo
no obstante
los vectores adenovirales de última generación, llamados Gutless
todos los genes virales han sido eliminados del vector, de manera que es posible la expresión del gen terapéutico a largo plazo
Finalmente
los vectores adenoasociados derivan de un virus que no causa ninguna enfermedad en
humanos.
El genoma de los virus adenoasociados es de ADN de cadena simple.
Después de penetrar en la célula huésped por endocitosis
el vector libera el ADN en el núcleo,
donde pasará a ADN de doble cadena que se mantiene
de forma extracromosómica.
Al igual que los vectores adenovirales y lentivirales, los vectores adenoasociados pueden infectar tanto
células en división como células que no se dividan.
Además, ellos también son capaces de producir elevados niveles de la proteína terapéutica.
en la célula diana, pero a diferencia de los vectores adenovirales
esta expresión puede mantenerse durante años en tejidos con baja tasa de
división celular como
el hígado o el músculo esquelético.
La principal limitación de estos vectores es su pequeño tamaño
ya que tan sólo pueden empaquetar un gen terapéutico de hasta 4,5Kb
mientras que los vectores retrovirales y lentivirales pueden empaquetar hasta 8Kb
y los adenovirales, Gutless,
hasta 37Kb.
Como su nombre indica, la terapia génica no viral utiliza cualquier tipo de vector que no
derive de un virus.
En la mayoría de aplicaciones, el gen terapéutico forma parte de una estructura mayor
de ADN de doble cadena, llamado plásmido.
En su forma más simple, la terapia génica no viral, consiste en transferir los plásmidos
directamente en el tejido,
donde serán captados por las células diana, aunque con muy baja eficiencia.
Por esta razón
se han desarrollado distintos métodos tanto físicos como químicos que permiten incrementar la eficiencia
de entrada del plásmido en la célula.
Los métodos físicos incrementan la permeabilidad de la membrana celular al plásmido, usando
pulsos eléctricos, técnica conocida como electrotransferéncia, o aplicando ondas sonoras
conocida como sonoporación.
En cuanto a los métodos químicos, el plásmido puede ser cubierto con liposomas o con polímeros catiónicos,
formando unas estructuras complejas llamadas lipoplejos
o poliplejos respectivamente.
En ambos casos
estas estructuras protegen y estabilizan el plásmido e incrementan su captación
por parte de la célula.
Una vez en el núcleo celular
los plásmidos se mantienen de forma extracromosómica.
El uso de vectores no virales, presenta ciertas ventajas respecto a los vectores virales.
Por ejemplo
no existe limitación al tamaño del gen terapéutico a transferir
y además prácticamente no se desencadena ningún tipo de respuesta inmune contra el vector
por lo que este puede ser readministrado.
Sin embargo la eficiencia de transferencia in vivo suele ser inferior a la obtenida
con los vectores virales
En función de la enfermedad a tratar el gen terapéutico deberá ser dirigido
a las células diana del tejido específico.
Por ejemplo
En el caso de la fibrosis quística, las células diana serán las células epiteliales de los pulmones
ya que esta enfermedad afecta principalmente al sistema respiratorio.
En el caso de las distrofias musculares
las células diana serán las propias fibras musculares.
Por otro lado
hay algunos tipos de enfermedades como la hemofilia que están causadas por mutaciones
en proteínas que actúan a nivel sanguíneo.
En estos casos
los tejidos diana, deben ser tejidos con elevada capacidad de secretar proteínas a la circulación sanguínea
como por ejemplo
el hígado.
La célula productora de la proteína funcional, actúa como fábrica para
suministrar la proteína terapéutica al torrente circulatorio, consiguiendo así
tratar la enfermedad.
Una vez diseñado y producido el vector que contiene el gen terapéutico, este debe llegar
hasta la célula diana.
Para ello se debe administrar el vector por la vía más adecuada.
La vía de elección dependerá de factores como el propio vector,
el tejido u órgano diana a manipular genéticamente o de la enfermedad a tratar.
Por ejemplo
tras la administración a la circulación sanguínea de vectores adenovirales y adenoasociados,
el hígado capta la mayor parte del vector.
Por este motivo
si se requiere la distribución local del vector en un tejido distinto del hígado,
este deberá  ser inyectado directamente en el tejido diana,
como por ejemplo por inyección intramuscular
para manipular el músculo esquelético,
administración intracraneal para transferir genes al cerebro,
inyección intraarticular para la manipulación de articulaciones
o intratumorales para conseguir infectar un tumor sólido.
Un punto clave en el desarrollo de una aproximación de terapia génica es disponer de modelos animales
de las enfermedades humanas, en los que ensayar las nuevas terapias.
Una vez se ha demostrado que una aproximación de terapia génica es eficaz terapéuticamente y es segura
en animales de laboratorio, como ratones o ratas,
se deben realizar pruebas en modelos animales más grandes, como perros
o primates no humanos.
Esta fase previa a la aplicación del protocolo de terapia génica en pacientes,
se conoce como fase preclínica
que puede ser muy larga y costosa.
Finalmente se llega a la fase clínica, que se desarrolla en una serie ordenada de etapas, durante las cuales debe determinarse
la seguridad del procedimiento y su eficacia terapéutica
Para ello, al igual que para cualquier otro medicamento, las entidades reguladoras responsables, como la
Food and Drug Administration, en Estados Unidos o la
European Medicines Agency en Europa, controlan tanto el diseño como la ejecución de esta fase clínica.
