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Presentación de una tesis sobre terapia génica y reprogramación celular

 

02/01/2014

Biología y biomedicina

El investigador de la División de Terapias innovadoras en el sistema hematopoyético (HIT) del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT, Francisco Javier Molina Estévez, defendió, a finales del pasado mes de noviembre, la tesis titulada “Terapia génica y reprogramación celular en modelos de ratón de enfermedades monogénicas de células madre hematopoyéticas” (“Gene therapy and cell reprogramming in mouse models of monogenic hematopoietic stem cell diseases”), en la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid, obteniendo la calificación de sobresaliente cum laude.

 
 

La tesis ha sido dirigida por los Doctores Guillermo Güenechea y Juan A. Bueren, jefe de unidad y director, respectivamente, de la División de Terapias Innovadoras en el Sistema Hematopoyético del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT.  Esta es la segunda tesis doctoral que dirige el doctor Guillermo Güenechea y la décimotercera del doctor Juan A. Bueren; ambos con una dilatada carrera científica dirigida hacia el estudio del sistema hematopoyético o de la generación de la sangre, tanto en condiciones de estrés, por ejemplo en caso del trasplante hematopoyético, como en algunas enfermedades genéticas que producen anemia aplásica, donde la médula ósea se agota y ya no produce suficientes células sanguíneas nuevas.

  

El trabajo de investigación presentado recoge resultados preclínicos obtenidos en modelos de ratón que reproducen enfermedades humanas graves del sistema hematopoyético: la anemia de Fanconi (debida a la mutación del gen FANCA) y la inmunodeficiencia combinada grave (generada por mutaciones en la proteína DNA-PK). En ambas enfermedades, la incapacidad de reparar el daño en el ADN tiene un efecto nefasto en el sistema hematopoyético y compromete la vida de los pacientes desde edades muy tempranas. Acorde con la frecuencia de pacientes diagnosticados, las dos son consideradas enfermedades raras. El único tratamiento que ha demostrado ser eficaz para mejorar el defecto hematológico en estas enfermedades es el trasplante de médula ósea. Desafortunadamente, hoy en día la disponibilidad de un donante adecuado es la mayor barrera para que este tratamiento pueda ser aplicado a la mayoría de los pacientes.

  

Los estudios para desarrollar un ensayo clínico de terapia génica que ofrezca una alternativa a los pacientes de anemia de Fanconi sin un donante adecuado se encuentran muy avanzados y aprobados por la Agencia Española del Medicamento (ensayo FANCOLEN-1, EudraCT: 2011-006100-12). Para comprender en pocas palabras el alcance de la investigación, puede decirse que este tipo de tratamiento consiste en la extracción de células madre hematopoyéticas del paciente (extracción de médula ósea) para ser corregidas ex vivo mediante un vector basado en un lentivirus (medicamento genético) que se encargará activamente de integrar en la célula la versión corregida del gen defectuoso. Luego estas células corregidas serán trasplantadas al paciente (trasplante autólogo), como se esquematiza en la figura 1. En esta investigación se ha intentado reproducir en un modelo de ratón, con el mismo defecto que los pacientes, la posible terapia génica, de manera que los datos de eficacia y seguridad proporcionen un mayor respaldo al ensayo clínico FANCOLEN-1. El uso de dosis moderadas del medicamento genético en los ratones fue inocuo desde el punto de vista de la toxicidad pero muy efectivo para corregir la sensibilidad a ciertos agentes que reaccionan con el ADN, fusionando sus hebras, siendo ésta una característica diagnóstica en los pacientes. Además, el medicamento genético fue capaz de integrarse de manera estable en células madre hematopoyéticas del ratón, proveyendo de la proteína terapéutica de manera continuada a los ratones que recibieron estas células directamente o incluso después de un trasplante seriado de médula ósea. El seguimiento de clones individuales de células que contribuían a la formación de la sangre se pudo realizar utilizando técnicas de última generación de biología molecular. Estos datos permiten afirmar que en los ratones trasplantados se observa una reconstitución rica con un recambio activo de las células que contribuyen a la formación de la sangre de estos ratones, apoyando la seguridad del uso de este vector en los pacientes del ensayo clínico.

  

También se ha estudiado otra enfermedad rara, la deficiencia en la función catalítica de la proteína DNA-PK, que produce una inmunodeficiencia muy rara y poco estudiada aún. Sin embargo, está proteína se halla mutada en un modelo de ratón inmunodeficiente Scid ampliamente empleado en numerosos estudios. Utilizando la cepa de ratón Scid, se ha planteado estudiar la implicación de la ruta de reparación del ADN mediante la unión de extremos no homólogos (NHEJ) en la reprogramación de células adultas para generar células madre pluripotentes inducidas (iPSC), siguiendo el esquema de la figura 2. Las células iPS son prácticamente iguales que las células madre embrionarias, con las mismas ventajas en cuanto a su potencial pluripotente de formación de cualquier tejido del organismo y que además se pueden obtener de células adultas del propio individuo de una forma relativamente simple. Hay distintos métodos para la obtención de células iPS y en esta memoria se han utilizado fundamentalmente dos métodos, mediante vectores virales y mediante transposones que son vectores no virales naturales capaces de integrar un segmento de ADN mediante la acción de la enzima transposasa. El uso de vectores virales convencionales para la generación de células iPS no condujo al éxito en células Scid, sugiriendo que la ruta de reparación NHEJ en la que participa la proteína DNA-PK pueda estar involucrada en el proceso que lleva a las células maduras hacia la pluripotencia. No obstante, empleando métodos no virales, como los transposones, con una alta eficacia de reprogramación, sí que se obtuvieron clones de células iPS de la cepa Scid. Una caracterización minuciosa reveló que estos clones cumplían los estándares de pluripotencia y que además la mutación Scid los hacía sensibles al daño por irradiación, al igual que las células de las que proceden. Estas células iPS Scid como modelo de la enfermedad podrán ser de gran ayuda para la mejor caracterización de la enfermedad durante el desarrollo, así como para la búsqueda de mejores dianas terapéuticas más eficaces para el tratamiento de cánceres radio-sensibilizados.

  

Figuras.

 

Figura 1. Esquema del protocolo clínico FANCOLEN-1 aprobado para la terapia génica de pacientes de anemia de Fanconi de tipo A. De los pacientes se obtendrán células madre hematopoyéticas que serán corregidas ex vivo mediante la transducción con un vector lentiviral autoinactivante que dirige la expresión de una copia corregida del gen FANCA, restituyendo la ruta de Fanconi de reparación del daño en DNA en las células transducidas. Estas células infundidas en los pacientes podrán generar una hematopoyesis sana que de soporte a los mismos en el momento que el fallo de médula ósea se manifieste. Modificado del trabajo de González-Murillo y col., 2010 por F. Javier Molina.

  

Figura 2. Esquema de la reprogramación de células adultas hacia un estado pluripotente equivalente al de las células madre embrionarias. Las células de tejidos adultos cómo los fibroblastos, que se obtiene de las biopsias de piel, pueden ser cultivados in vitro. Cuando determinados factores de transcripción son expresados conjuntamente en estas células ayudados por vectores virales, se despierta en algunas células un programa de expresión de genes de pluripotencia que fuerza la aparición de clones de células que proliferan y se comportan de manera casi idéntica a las células madre embrionarias. Estás células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) son fácilmente expandibles y su grado de pluripotencia permite que se puedan diferenciar hacia cualquier tejido derivado de las tres capas del embrión, por lo que en un futuro podría ser una herramienta clave en el desarrollo de terapias celulares para la reparación o el rejuvenecimiento de órganos. Modificado del trabajo de Takahasi y Yamanaka, 2006 por F. Javier Molina.

  
 
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