Lo mejor en la investigación biomédica está por llegar

Por Nicolás Jouve, Catedrático Emérito de Genética, Presidente de CiViCa. Publicado en Páginas Digital el 25 de Marzo de 2015

Los espectaculares avances en biomedicina, en campos dispares como la aplicación de las células madre o la terapia génica, están a punto de desembocar en una nueva etapa de aplicaciones en la medicina reparadora. De este modo, asistimos al encuentro de dos tecnologías, “reprogramación celular” y “CRISPR” como una esperanza para combatir la anemia falciforme, con posibles aplicaciones en otras enfermedades similares.

Hablar de “reprogramación celular” o “reprogramación genética” nos lleva a la última fase de las investigaciones con células madre, que ha motivado que muchos investigadores dejen de lado los embriones humanos, como fuente de células para estudios encaminados al tratamiento de enfermedades degenerativas. La reprogramación celular  fue introducida en 2006 por unos investigadores japoneses del Departamento de Células Madre de la Universidad de Kioto, liderados por Shinya Yamanaka, Premio Nobel de Medicina en el 2012 por esta brillante innovación. El equipo que dirige este investigador demostró satisfactoriamente la posibilidad de inducir la transformación de células somáticas, ya diferenciadas, -como células de la piel o fibroblastos- en células con las mismas propiedades que las embrionarias, pero sin necesidad de utilizar embriones. Su método consistía en la modificación de las células somáticas mediante la inducción de la expresión de cuatro genes: Oct3/4, Sox2, c-Myc yKlf4. Se trata, no solo de una brillante tecnología, sino de una tecnología ética, en el sentido de abandonar la utilización de los llamados “embriones sobrantes”, no utilizados y procedentes de las técnicas de la fecundación in vitro.

Las células somáticas (no procedentes de embriones sino de tejidos adultos) cultivadas en el laboratorio y tratadas para que se activaran estos genes daban como descendientes células con “pluripotencialidad”. Es decir desarrollaban clones con capacidad de una especialización múltiple, por lo que se denominaron “células madre pluripotentes inducidas” o abreviadamente iPS (Induced pluripotent stem). Estas células convenientemente cultivadas podían dar lugar a células cardiacas, óseas, sanguíneas, neuronas u otras especialidades celulares, aptas para su utilización para repoblar los tejidos degradados de enfermos con enfermedades degenerativas.

En 2008 la revista Science calificó la reprogramación celular como el descubrimiento científico del año por la utilidad que pueden tener en la investigación de graves enfermedades para su utilización dentro del campo de la medicina reparadora. Transcurridos nueve años desde la introducción de esta tecnología, las células inducidas pluripotentes de Yamanaka constituyen la opción de trabajo en cientos de laboratorios de todo el mundo, estando avanzados varios ensayos clínicos para la curación de diversas patologías. La gran mayoría de los investigadores que trabajan en este campo creen que las células iPS sustituirán con ventaja a las células madre embrionarias, tanto con fines experimentales como terapéuticos, siendo además una opción ética, en el sentido de no necesitar la destrucción de embriones humanos.

En los últimos años, especialmente tras el desarrollo y consecución del proyecto  genoma humano, se ha avanzado mucho en la modificación de las secuencias de ADN, con fines de aplicaciones múltiples. En relación con esto, destaca una nueva técnica denominada “CRISPR”. Aunque el nombre parece evocar copos de cereales para el desayuno, nada que ver con ello. Esta denominación obedece a las siglas en inglés de “clustered regularly interspaced short palindromic repeats”. Es en realidad una metodología que permite cortar el ADN, gracias a una enzima llamada Cas9, que reconoce unos lugares escogidos y caracterizados por la presencia de una secuencias cortas palindrómicas, para una vez cortado, como si de una tijera molecular se tratara, insertar allí otras secuencias de ADN que confirieran a las células así tratadas propiedades nuevas y naturalmente de provecho. Es una tecnología extraordinariamente útil llamada a ser el camino a seguir en la “terapia génica”  

Realmente CRISPR es un mecanismo natural, que existe como un sistema inmune en las bacterias, pero que los investigadores han aprendido a utilizar en el laboratorio como una herramienta para hacer lo que se podría llamar "la edición del genoma". Algo así como  corregir las secuencias del ADN mediante la eliminación de bases nucleotídicas alteradas y su sustitución por bases correctas, que son las que poseen las versiones sanas de los mismos genes.

Dejando a un lado los aspectos técnicos, que quien lo desee puede estudiar en publicaciones especializadas, unos investigadores de la Universidad Johns Hopkins han unido estas dos tecnologías, “reprogramación celular” y “CRISPR” para corregir la deformación de las células falciformes características de los enfermos de anemia falciforme. Linzhao Cheng, Director de una programa de células madre en el Johns Hopkins Hospital de Baltimore, y sus colegas han aplicado la técnica CRISPR/Cas-9 a células iPS para reemplazar una región del ADN del gen alterado que codifica la beta globina alterada, propia de dicha enfermedad. Se trata por tanto de un feliz maridaje de una técnica de “terapia génica” con la “terapia celular”, para obtener células genéticamente reprogramadas hacia células rojas de la sangre que sustituyan a las alteradas propias de quienes padecen la anemia falciforme.

Recordemos brevemente en qué consiste la enfermedad de que estamos hablando, la anemia falciforme. El problema de las personas que tienen esta enfermedad es la alteración del gen que codifica la cadena beta de la hemoglobina. La hemoglobina es la proteína que transporta oxígeno en la sangre, contenida en los glóbulos rojos o hematíes. Se trata de una proteína compleja formada por cuatro moléculas, dos cadenas alfa y dos cadenas beta. La enfermedad conocida por “anemia falciforme” se debe a que los glóbulos rojos de quienes tienen el gen de la globina beta alterado están deformados, por arriñonamiento dando el aspecto de hoz a que se refiere el término falciforme. Esta deformación de los glóbulos rojos se debe al simple cambio de una base nucleotídica en la secuencia del gen de la globina beta, de modo que en una región del gen, en lugar de un triplete CTC (-Citosina-Timina-Citosina-) tiene el triplete CAC (-Citosina-Adenina-Citosina-). Esto hace que en la proteína beta codificada por este gen alterado, en el sexto aminoácido empezando desde uno de sus extremos, aparezca el aminoácido valina en sustitución del aminoácido correcto, el ácido glutámico. El resultado de esta alteración del gen es que, en condiciones de bajo oxígeno, las moléculas de hemoglobina se deforman  y los hematíes que las contienen adquieren  la forma de hoz que caracteriza la enfermedad. Las células fuertemente curvadas hacen que descienda de forma notable su capacidad de transporte de oxígeno. El resultado es dolor en distintas partes del cuerpo, especialmente las manos, pies, intestinos y huesos, fatiga y en general una disminución de los glóbulos rojos normales conducente a un cuadro generalizado de anemia.

Esta enfermedad, fue la primera enfermedad genética conocida a nivel molecular. Ya en 1949, Linus Pauling descubrió que la hemoglobina de personas con anemia presenta diferentes propiedades de desplazamiento en un campo eléctrico (electroforesis), y en 1956, el químico Vernon Ingram estudió la secuencia de la proteína, compuesta por la sucesión de 146 aminoácidos y descubrió la sustitución del aminoácido en la globina beta de las células falciformes. Fue como encontrar el error de una palabra en el texto de  una página.

Otro asunto más que debe saberse es que existe una conexión entre la enfermedad de la anemia falciforme y la malaria. Al tiempo que Pauling hacia su descubrimiento sobre las propiedades eléctricas de las proteínas de la sangre, Anthony Allison, un médico británico experto en bioquímica y genética que trabajaba en los tipos de sangre de las poblaciones de África Oriental, descubrió que hasta el 40% de los miembros de las 35 tribus que estaba investigando tenían las células falciformes y todos vivían en zonas donde la malaria era endémica, sin que les afectase esta enfermedad. Se trata de un ejemplo clásico de “polimorfismo equilibrado”. Lo que es bueno por un lado es perjudicial por otro. Es decir, la deformación de los glóbulos rojos de quienes padecen la anemia falciforme es un seguro contra la malaria, por la dificultad de que en los hematíes deformados anide el protozoo parásito causante del paludismo, Plasmodium falciparum. En los lugares donde esta enfermedad es endémica (cinturón del ecuador africano y asiático) la malaria solo ataca a quienes poseen la versión normal de dicho gen, aunque las personas inmunes al parásito padezcan la anemia falciforme. En 1954, el Dr. Allison concluyó, que "las personas con células falciformes tienen una considerable resistencia natural a la infección por Plasmodium falciparum".

Finalmente, esta semana se ha publicado el trabajo al que hacíamos mención de los investigadores de la Universidad Johns Hopkins, que podría dar con la solución de modificar el nivel de oxígeno y la sucesión de las distintas subunidades de la hemoglobina. La idea es modificar la región del gen responsable del cambio de aminoácido glutámico por valina mediante la aplicación de la tecnología CRISPR/Cas-9,  en al menos una de las dos copias del gen en células iPS producidas a partir de células somáticas de pacientes de anemia falciforme. Se crearía así una fuente de células de la sangre para su traslado al propio paciente del que proceden las celulas iPS, corrigiendo y sustituyendo las células falciformes que poseyeran. Una inteligente combinación de terapias celular y génica del genoma.

Estas novedades son el fruto de los avances espectaculares derivados de las técnicas de modificación del ADN, del conocimiento del genoma humano y de las nuevas tecnologías que permiten inducir unos tipos de células hacia otros tipos de especialidades celulares. La era de la terapia génica y celular está empezando a despuntar. Sin duda, como exclamó Francis Collins, el director del Proyecto Genoma Humano tras su culminación en 2003, “lo mejor está por llegar”.