La Terapia Génica y los Trasplantes de Células Madre Intraútero Pueden Modificar el Tratamiento de las Enfermedades Hereditarias

• TITULO : La Terapia Génica y los Trasplantes de Células Madre Intraútero Pueden Modificar el Tratamiento de las Enfermedades Hereditarias
• AUTOR : Almeida-Porada G, Atala A, Porada C
• TITULO ORIGINAL : In Utero Stem Cell Transplantation and Gene Therapy: Rationale, History, and Recent Advances Toward Clinical Application
• CITA : Molecular Therapy 5(16020), 2016
• MICRO : Los procedimientos de trasplante de células madres en el período intrauterino, así como los de transferencia génica con vectores virales, aún están en fase experimental y se estudian intensivamente en modelos preclínicos, pero son promisorios para la curación de enfermedades genéticas.

Introducción 

Desde que en 1982 se realizó la primera cirugía fetal in utero, se han producido muchos avances en las técnicas de intervención prenatal mediante cirugía abierta o fetoscopia. Los procedimientos que parecían limitados a la corrección de anomalías anatómicas, ahora se amplían con la terapia génica in utero o el trasplante de células madres in utero con las que se puede tratar enfermedades genéticas. La ecografía de alta resolución o las técnicas moleculares de alto rendimiento hacen posible el diagnóstico temprano de la mayor parte de las afecciones congénitas mediante el uso de células fetales o incluso del ADN libre que circula en la sangre materna, reduciendo los riesgos para el feto.

Estos avances en imagenología, genética molecular y cirugía fetal no sólo han mejorado la capacidad diagnóstica sino también la de realizar procedimientos quirúrgicos y de llevar células madres hasta sitios precisos en la anatomía del feto en sus primeros estadios de desarrollo. Estos procedimientos están cambiando el tratamiento de las afecciones genéticas con lo que se incrementa la posibilidad de curación y en consecuencia una mejoría en la calidad de vida de los pacientes y sus familias, así como una reducción de los costos sanitarios para la sociedad.

Es necesario enfatizar que la realización de los procedimientos durante la vida fetal presenta grandes ventajas que sustentan la necesidad de realizarlos durante ese período de la vida. En el presente artículo se presentarán pruebas científicas acerca de la lógica que subyace en los tratamientos como el trasplante de células madre in utero (IUTx) y de la terapia génica in utero (IUGT) y se revisarán pruebas experimentales relevantes en apoyo de su aplicación terapéutica.

Se describen aquellos elementos que han funcionado como barreras para la aplicación clínica, así como las ventajas del tratamiento in utero. La hemofilia podría ser utilizada como un ejemplo de afección genética que puede beneficiarse de las IUTx y la IUGT. Algunos de los avances más auspiciosos para la incorporación de estas terapias también serán analizados.

Trasplante de células madre en utero

Se han utilizado diversos tipos de células madres para el IUTx, los autores se enfocan en las células madres hematopoyéticas (CMH) porque estas fueron las primeras y las más utilizadas en ese procedimiento terapéutico. Las CMH son células totipotenciales capaces de diferenciarse en todos los tipos de células sanguíneas con lo que se mantiene la hematopoyesis a lo largo de la vida.

Las CMH pueden ser empleadas en el tratamiento de muchas enfermedades hematopoyéticas, y el trasplante de CMH cuando resulta exitoso posibilita una cura definitiva. Además las CMH han sido las más estudiadas y son las que han aportado el mayor volumen de información acerca de la biología de las células madres.

Las CMH expresan antígenos del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de clase I y II y participan en procesos de autopresentación de antígenos, por lo que pueden favorecer procesos de inducción de tolerancia específica hacia el donante después del trasplante. Muchas de las afecciones hereditarias deberían tratarse durante los períodos del desarrollo fetal en los que aún no se han producido daños irreversibles. Por ejemplo, en enfermedades como el Lesch Nyhan, Tay Sachs o las formas neuropáticas agudas de la enfermedad de Gaucher, donde las lesiones neuronales se producen tan tempranamente que ningún tratamiento posnatal puede lograr más que beneficios acotados como mucho.

La lógica detrás de la aplicación de IUTx y de IUGT se basa en la posibilidad de tratar estas afecciones antes de que se produzcan efectos irreversibles. Puede decirse además que, incluso en aquellas donde la curación posnatal es posible, las pruebas acerca de la disminución de la carga psicológica y económica apoyan el uso de terapias prenatales que de funcionar tornarían innecesarios los tratamientos posteriores.

Existen además argumentos biológicos innegables que se relacionan con el hecho de que durante la vida fetal se producen eventos en el sistema hematopoyético e inmune que facilitan la adaptación de las células trasplantadas en el entorno del receptor y de esta manera se hacen innecesarios los procedimientos utilizados para lograr la ablación medular.

En la etapa fetal se produce la migración de las células hematopoyéticas desde el saco vitelino o la región aortogonadal mesonéfrica, primero al hígado y de allí a la médula ósea donde se mantendrán por el resto de la vida. La idea en que se basaron los intentos iniciales de trasplantes de CMH era la de aprovechar esta migración para facilitar el arraigo de las células madres en los diferentes nichos hematopoyéticos sin necesidad de emplear tratamientos tóxicos para la mieloablación y el condicionamiento para el trasplante, necesarios si éste se realiza después del nacimiento. El condicionamiento se logra mediante tratamientos que son las causas principales de la elevada morbimortalidad asociada a los trasplantes posnatales. El objetivo fue insertar las células madres trasplantadas en el curso de los procesos de ontogenia, migración y expansión de los tejidos hematopoyéticos logrando así su reconstrucción y la corrección de la enfermedad en cuestión. Por desgracia esta concepción no fue confirmada por la realidad. El sistema hematopoyético fetal es muy competitivo y dificulta mucho el arraigo de las CMH adultas. Es necesaria una mayor comprensión de las señales regulatorias relacionadas con la migración y desarrollo en los diferentes nichos hematopoyéticos para lograr resultados favorables en estos trasplantes.

El trasplante in utero representa ventajas asociadas al menor peso del feto que en el período óptimo para el IUTx pesa unos 35 g, lo que incrementa la cantidad de células por kg de peso. El argumento más importante a favor del trasplante de CMH es que el IUTx puede inducir tolerancia específica frente a las células del donante. Durante las primeras etapas de la gestación el sistema inmune se autoeduca para distinguir lo propio de lo extraño. Este proceso tiene lugar en el timo y consiste en la selección positiva de aquellos prelinfocitos que reconocen los innumerables antígenos propios del MHC y por otra parte la eliminación de los que tienen afinidad por los antígenos propios. El proceso conduce a una situación en la que el sistema inmune carece de linfocitos que reconozcan los antígenos propios, mientras que sí son capaces de reconocer los antígenos extraños. La realización de un IUTx antes de que este proceso se complete conduciría a la eliminación de linfocitos aloreactivos, lo que significaría la aparición de una tolerancia específica frente a las células del donante.

Algunas pruebas tempranas de la posibilidad de la inducción de tolerancia por células hematopoyéticas extrañas surgieron en 1945 cuando se descubrió que el quimerismo en gemelos dizigóticos en los que se producía intercambio de células en la circulación placental se relacionaba con la tolerancia mutua, lo que fue confirmado en gemelos dizigóticos en animales y en humanos. Hay sin embargo grandes diferencias entre lo que ocurre en condiciones naturales donde la sangre se mezcla a partir de anastomosis que se producen tempranamente y lo que puede lograrse en modelos e incluso en las instancias terapéuticas cuando se procede a una IUTx.

La idea de que las células trasplantadas mediante IUTx puedan ser mantenidas en el receptor a consecuencia de la tolerancia específica ha permitido proponer la hipótesis de que aun cuando el número de células que «prendieron» en un trasplante fuera bajo, podría ser posible impulsar su multiplicación realizando un trasplante posnatal con las células del mismo donante frente a las cuales hay una tolerancia previa, sin la necesidad de mieloablación con todas sus complicaciones.

Barreras para el éxito en la IUTx

Existen barreras para el éxito del trasplante de las células mediante IUTx si el receptor no presenta defectos específicos en un linaje celular tales como la anemia o la inmunodeficiencia combinada grave, que brinden una ventaja selectiva a las células del donante. El sistema inmune fetal es un obstáculo para el éxito del injerto después de una IUTx. El 100% de los receptores congénicos y alogénicos tuvieron éxito en los injertos hasta 3 semanas después del trasplante intrauterino, pero entre las 3 y las 5 semanas el 70% de los receptores de los trasplantes alogénicos perdieron el quimerismo, mientras que el 100 % de los congénicos lo mantuvo.

Se confirma la presencia de una respuesta adaptativa celular y humoral que es mayor en los animales no quiméricos, lo que permite arribar a la conclusión de que el quimerismo de larga evolución se acompaña de inducción de tolerancia delecional.

En los modelos murinos, un dato relevante surge del hecho de que si las crías son alimentadas por una madre que no fue expuesta a los antígenos del donante, el quimerismo se mantiene en el 100% de los receptores. Esto puede interpretarse como que el IUTx genera la auloinmunizacion materna y posteriormente la trasmisión de los aloanticuerpos por medio de la leche materna. Si se elude la respuesta inmune materna mediante una madre sustituta o por medio de células maternas donadas, aumenta el éxito del trasplante y se incrementa la tolerancia mediante la deleción de los linfocitos T reactivos y la inducción de una respuesta reguladora basada en estos linfocitos. Se ha encontrado que la inmunización materna durante el trasplante intrauterino puede inducir la pérdida del quimerismo, mediante el traspaso de células T de la madre al feto.

Otros autores, por el contrario, no le confieren una gran importancia al papel de la aloinmunización materna en el fracaso de los trasplantes aduciendo que en la mayoría de los trasplantes exitosos el sistema inmune materno estaba intacto.

Existen células NK en el hígado fetal que expresan aloantígenos adultos y que están presentes en el período en que usualmente se realizan los IUTx y que al eliminarse favorecen el éxito del trasplante, lo que apunta al involucramiento del sistema inmune fetal con predominio sobre el de la madre en la modulación del éxito del trasplante. Más recientemente demostraron que un 1 o 2% de células que han prendido y que exponen sus antígenos frente a un número de células NK son capaces de inducir tolerancia específica para el donante, lo que confirma la importancia de la tolerancia de las células NK en el éxito de trasplantes de CMH realizados en el período posnatal.

Más allá de los sistemas inmunes de la madre o el feto, la barrera más significativa la constituye la competencia de las células del receptor que, a diferencia de lo que ocurre en los trasplantes posnatales, no han recibido tratamiento mieloablativo y están en condiciones de competir con las células del donante que se encuentran en desventaja en el medio fetal. Por el contrario, la presencia de alteraciones en diferentes linajes celulares fetales favorece la implantación y el éxito de las células adultas trasplantadas.

La limitada disponibilidad de nichos de crecimiento y la capacidad de crecimiento de las células fetales son otro componente de la barrera frente al éxito de la IUTx. La competencia por estos nichos es importante y es por ello por lo que a mayores dosis de CMH la probabilidad de éxito aumenta. En ratones se ha visto que la depleción selectiva de células de receptor aumenta el éxito del trasplante.

Sin embargo no hay pruebas de que existan diferencias cualitativas ni cuantitativas entre receptores que sufrían de inmunodeficiencia combinada grave, betatalasemia o anemia drepanocítica y por otra parte la competencia por los nichos no permite explicar los resultados de la comparación del éxito de la IUTx entre ratones inmunodeficientes frente a inmunocompetentes.

Experiencia clínica con la IUTx

La IUTx se ha desarrollado en 46 pacientes humanos para 14 trastornos genéticos diferentes que incluyen hemoglobinopatías, síndrome de Chediak-Higahi y errores congénitos del metabolismo. Ha quedado demostrado que el acceso al feto humano bajo control por ecografía es posible y tiene un bajo riesgo asociado. Sin embargo si se exceptúa la inmunodeficiencia combinada grave, los resultados han sido insatisfactorios. Los resultados de la IUTX demuestran que hasta el momento no se puede considerar como un procedimiento útil para lograr un buen injerto de las células trasplantadas, si el sistema inmune del receptor se encuentra intacto.

Por otra parte la heterogeneidad que se manifiesta en los estudios, relativa a la fuente de las células del donante, los procedimientos empleados o la edad gestacional en que se realizaron hacen muy difícil evaluar las causas de los fracasos.

Una de las indicaciones que se considera para la IUTx en el futuro es la de la inducción de tolerancia para la realización de trasplantes posnatales con células del mismo donante.

IUGT. Fundamentos de este enfoque

Las características que definen las ventajas de la IUGT serán explicadas a partir de los ensayos para el tratamiento de la hemofilia A (HA). Algunas enfermedades genéticas producen mucho daño durante el desarrollo embrionario y fetal y del mismo modo que se analizan para la IUTx, incluso en aquellas afecciones curables después del nacimiento, las ventajas psicológicas y económicas de un tratamiento in utero, son considerables. Más allá de las ventajas mencionadas, las células fetales presentan características que incrementan las probabilidades de éxito terapéutico por encima de las que pueden esperarse cuando el tratamiento se realiza en etapas posteriores al nacimiento.

Algunos vectores virales que se consideran ideales para la transferencia de genes en aquellas afecciones no tratables con células madres se expresan muy poco en las células adultas, debido a que éstas no se están dividiendo en los tejidos adultos además de que pueden ser de difícil acceso por diferentes razones. Sin embargo, durante la vida intrauterina, las poblaciones de células progenitoras pueden ser accesibles mientras están en procesos de expansión activa, lo que permite transferir los genes en una situación óptima para su expresión tisular. Las poblaciones que están dividiéndose durante la vida fetal son un blanco apropiado para aquellos vectores virales que requieren que las poblaciones celulares se estén dividiendo activamente. Se observa, por otra parte, el requerimiento de que los vectores se integren al genoma de las células receptoras para evitar que se pierdan en las divisiones sucesivas de estas.

Además, la inmadurez del sistema inmune fetal permite la inoculación de vectores virales que podrían ser rechazados por el sistema inmune más desarrollado de los pacientes posnatales. Muchos pacientes rechazan las proteínas virales de los vectores que se emplean en la transferencia, puesto que al ser desconocidas por completo, el sistema inmune las elimina y con ello la posibilidad de la curación.

El empleo de la IUGT puede inducir tolerancia al transgén y al vector, lo que puede facilitar el tratamiento posnatal para incrementar la respuesta.

Una ventaja adicional la aporta el pequeño tamaño del feto que favorece una relación entre la cantidad de vector y las células del feto destinatarias del procedimiento, lo que puede aumentar la eficiencia de éste.

Estudios experimentales con IUGT. La hemofilia como modelo de enfermedad genética curable por IUGT.

La transferencia genética con vectores virales aprovecha la capacidad de los virus de unirse a una célula y transferirle su material genético. Los vectores virales han sido modificados a fin de eliminar la mayoría de los genes virales, por lo que no resultan inmunogénicos ni patológicos. Los vectores utilizados en la IUGT se evalúan por su capacidad de transferencia de genes y también es importante si presentan un tropismo particular hacia algún tejido.

En el caso de la hemofilia A, que es la enfermedad escogida como modelo de tratamiento con IUGT, no se requiere la expresión selectiva en tejidos específicos y se considera que una mayor transducción y expresión de los genes en el feto en desarrollo aporta mayores beneficios terapéuticos. Es necesario enfatizar que las afecciones elegidas para su tratamiento por IUGT son las provocadas por una mutación en un gen aislado para las cuales esté disponible un método diagnóstico prenatal y que deben existir razones de peso para acometer el tratamiento antenatal.

La IUGT se ha probado en varios modelos en animales, en especial en perros, ovejas y murinos. Este procedimiento tiene grandes posibilidades de implementación para el tratamiento y cura de afecciones genéticas, una de las cuales es la HA; esta es la coagulopatía más común y el 70% de los pacientes presenta una forma clínica grave con serio compromiso vital.

El paciente hemofílico sufre de hemorragias espontáneas, que llevan a artropatías debilitantes y dolorosas, así como a hemorragias internas que pueden provocar el deceso del paciente. La infusión profiláctica del factor VIII de la coagulación dos a tres veces por semana puede resultar en fracaso parcial o total si se desencadenan respuestas inmunes contra el factor suplementado, lo que ocurre en aproximadamente el 30% de los individuos tratados. La calidad de vida de los enfermos que deben inyectarse durante toda la vida se deteriora y los costos pueden alcanzar los 300 000 dólares por año. La terapia génica podría corregir esta afección con un procedimiento cuyos efectos durarían toda la vida. La HA es una enfermedad ideal para esa forma de tratamiento por varias razones: el factor VIII de la coagulación no tiene que expresarse en todos los tejidos para ser terapéutico, lo único que se necesita es que las células que lo expresen lo viertan a la circulación. Aunque se exprese solo entre un 3 a un 5 de los niveles normales, es capaz de mejorar el cuadro de personas con HA grave, al tiempo que un incremento de hasta un 150% de sus niveles resulta seguro para el paciente.

Existen modelos en perros y en ratones hemofílicos obtenidos por manipulación genética que han conducido a genes knock-out. En estos modelos se han obtenido muy buenos resultados en el tratamiento posnatal de la HA. Sin embargo, esto no se ha correlacionado con buenos resultados en los ensayos clínicos desarrollados en pacientes con HA. En contraste, se han reportado resultados favorables en pacientes con hemofilia B (HB). Esto se atribuye a la diferencia en el tamaño del gen del factor VIII que debe empaquetarse en el virus vector, aunque no están totalmente esclarecidas las razones de la diferencia en el éxito terapéutico. En este momento no se están desarrollando ensayos clínicos de terapia génica en la HA, aunque esta forma de hemofilia abarca el 80% de los casos de esta coagulopatía.

Las dificultades para trasladar los buenos resultados en animales hacia los ensayos clínicos ponen de relieve la importancia de los modelos en animales para definir los procesos de la HA y evaluarlos en paralelo con los procesos normales inmunofisiológicos. Uno de los modelos más importantes es el que aportan las ovejas que presentan HA por una mutación espontánea de corrimiento del marco de lectura. El modelo de hemofilia en oveja es muy útil para evaluar la IUGT por las características de su cuadro clínico en el que se producen artropatías hemorrágicas y al desarrollo de una respuesta inmune frente al suministro de factor VIII. Las ovejas además de su talla tienen como una característica similar a los humanos el hecho de que el factor VIII se acumula en las plaquetas a diferencia de los perros, en los que está en circulación, lo que tiene la ventaja adicional de que permitirá evaluar la eficacia de un método descrito recientemente de transferencia génica dirigida a plaquetas.

Riesgos de la IUGT

Existen dos tipos de riesgo potenciales asociados al procedimiento, aquellos vinculados a la intervención sobre el feto y los que se relacionan con la transferencia de genes. En cuanto al primero, la pérdida del feto, el adelanto del parto o las infecciones pueden aparecer como en cualquier maniobra en la que se acceda al compartimento intrauterino.

Existen muchas pruebas en apoyo de que el procedimiento de acceso mínimamente invasivo al feto en las etapas iniciales de su desarrollo puede hacerse en varias ocasiones y es seguro siempre que se haga bajo control ecográfico. Sin embargo en IUGT realizadas en primates no humanos en la que se utilizaron vectores AAV, estos atravesaron la barrera placentaria, entraron a la circulación materna y transfirieron genes a las células de la madre. Tomando en cuenta que la placentación en primates, tales como los involucrados en el estudio mencionado, es similar a la de los humanos, es necesario evaluar la posibilidad de transferencia génica a las madres y definir si resulta riesgoso para ellas.

Los riesgos más preocupantes relacionados con la IUGT son: la alteración del desarrollo de órganos, la mutagénesis por inserción de secuencias génicas y la transmisión de la mutación a las células reproductivas del feto. En primates no humanos en los que se emplearon vectores basados en lentivirus para la IUGT por vía cardíaca o intrapulmonar, no aparecieron anomalías del desarrollo orgánico, mientras que la expresión del factor de crecimientos de fibroblastos 2 en ratas se asoció a la aparición de adenomas quísticos, lo que demuestra que la expresión forzada de un transgén puede ser teratogénica. Esto obliga a ser muy cuidadoso con la IUGT cuando involucra a moléculas reguladoras como los factores de crecimiento o de transcripción porque pueden alterar el desarrollo de órganos en el feto.

Conclusiones

Aún existen grandes dificultades por superar para que la IUTx y la IUGT puedan ser ampliamente utilizadas. En la IUTx es necesario superar la barrera de la competencia del sistema inmune para lograr el éxito del injerto de las células. Definir mejor aquellas limitaciones a los injertos que dependen de las respuestas inmune innata y adaptativa en animales grandes y en humanos. Esto redundará en la extensión de los procedimientos de la IUTX hasta abarcar enfermedades no hematológicas. Las estrategias incluirán la inducción de tolerancia prenatal para facilitar el trasplante posnatal de CMH y también que el tratamiento basado en la inoculación de las células madres hecha de una sola vez alcance niveles terapéuticos. La inyección de vectores víricos para transferir genes y el que puedan expresarse en diferentes tejidos convierte a la IUGT en una alternativa para el tratamiento de la mayoría de las enfermedades orgánicas.

La IUGT puede ser muy eficaz en el tratamiento de la HA puesto que puede inducirse tolerancia específica para el factor VIII y así disminuir el riesgo de rechazo en los trasplantes posnatales, aunque es necesario recordar que la IUGT es experimental y requiere de mucha investigación en modelos en animales preclínicos antes de su aplicación clínica. En opinión de los autores la incorporación de la IUTx y la IUGT puede cambiar todo el paradigma de tratamiento de las enfermedades genéticas.

Especialidad: Bibliografía - Ginecología