BIOTECNOLOGÍA Y DESARROLLO DE FÁRMACOS EN ENFERMEDADES AUTOINMUNES

image_pdfimage_print

Por Virgina Estades y Arancha Núñez. 3º Biología Sanitaria, UAH.

Cada vez son más las personas en el mundo que deben enfrentarse a enfermedades autoinmunes como consecuencia de un desequilibrio en el sistema inmunológico. Este desequilibrio produce auto anticuerpos y reacciones frente a células del propio organismo que consideran enemigas. 
Las enfermedades autoinmunes pueden desarrollarse por predisposición genética, por la presencia de virus o bacterias, o incluso por la influencia de ciertos medicamentos. Entre este tipo de enfermedades, podríamos decir que actualmente el lupus y la psoriasis se encuentran entre las más interesantes.

El lupus es una enfermedad autoinmunitaria crónica y compleja que puede afectar las articulaciones, la piel, el cerebro, los pulmones, los riñones y los vasos sanguíneos de manera que provoca inflamación generalizada y daño del tejido en los órganos afectados. Se manifiesta mayoritariamente en mujeres, y hay distintos tipos; el más común es el lupus eritematoso sistémico (LES), que afecta muchas partes del cuerpo, pero existen otros como el lupus cutáneo, el lupus inducido por medicamentos y el lupus neonatal.

La psoriasis es una enfermedad condicionada genéticamente por más de 1400 genes. Se caracteriza por la aparición de lesiones rojizas escamosas preferentemente en codos, rodillas y cuero cabelludo, y que tiene la posibilidad de afectar a uñas y articulaciones. Las estrategias terapéuticas para esta enfermedad interfieren en algún punto la cadena de eventos que conllevan a la manifestación clínica de la psoriasis.

Hasta hace poco tiempo, los tratamientos de estas enfermedades tenían como finalidad evitar complicaciones y atenuar los síntomas, ya que la mayoría de los medicamentos suelen tener efectos secundarios y empeoran la calidad de vida del paciente. 
La llegada de la biotecnología, que consiste en la utilización de la maquinaria biológica de otros seres vivos para obtener beneficios en el ser humano, ha revolucionado el modo de tratar las enfermedades inmunitarias crónicas. Janssen Inmunología”  está considerada la compañía  líder en el campo de la biotecnología por sus terapias biológicas innovadoras. Esto se debe al desarrollo de la primera terapia anti-TNF-alfa (Factor de Necrosis Tumoral alfa), que aumentó la esperanza en el tratamiento de enfermedades inmunitarias e inflamatorias. Este anticuerpo monoclonal específico actúa contra el TNF-alfa, el cual es un potente mediador de la inflamación que se produce en cantidades excesivas en estas enfermedades, como mecanismo de defensa del organismo.

Además de esta terapia, la biotecnología está en continuo desarrollo, por lo que se han conseguido otros tratamientos empleando hormonas, proteínas, inmunoglobulinas que serán detallados a continuación.

Tratamientos biológicos

Los tratamientos o terapias biológicas se basan en el empleo de medicamentos sistémicos similares a moléculas sintetizadas de forma natural por el cuerpo como proteínas, inmunoglobulinas o anticuerpos, de forma que al emplearse como tratamiento potencian los mecanismos de acción de estas, ya sea de forma supresora o activadora. Son sintetizados por medio de técnicas de biología molecular, destacando la tecnología recombinante de ADN. En relación con las enfermedades autoinmunes, los tratamientos biológicos irán orientados a la síntesis de anticuerpos monoclonales.

Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos idénticos que proceden de una misma y única célula madre, un linfocito B. Estos anticuerpos son capaces de reconocer un único epítopo antigénico con una alta afinidad y neutralizarlo. Su acción en relación a las enfermedades autoinmunes se basa, en líneas generales, en la selección y unión a células y mediadores implicados en la respuesta inmune con su consecuente bloqueo. Su síntesis a nivel industrial se basa en el modelo natural de inmunización:

  1. Inoculación de un antígeno específico previamente seleccionado junto con un adyuvante a un ratón, por ejemplo. El ratón de forma natural generará anticuerpos específicos para distintos epítopos del antígeno, pero todos ellos atacarán a este único antígeno.
  2. Extracción de sangre del ratón y posterior extracción del suero a partir de la sangre. Este suero contendrá una mezcla de anticuerpos específicos para el antígeno inoculado así como una mezcla de los diferentes linfocitos B que los han sintetizado.
  3. Hibridación con mielomas (células tumorales con capacidad proliferativa ilimitada que secretan inmunoglobulinas) de los linfocitos B al mezclarlos en un mismo medio para que adquieran la inmortalidad de estas células. El resultado de esta hibridación se denomina hibridoma 
  4. Selección de los distintos hibridomas en función a los distintos anticuerpos que producen por medio de técnicas como ELISA, SORTING, crecimiento de las células en agar-agar, etc. Estas técnicas permitirán que tengamos cada célula productora de anticuerpos aislada de las otras. Esto permite que los anticuerpos que estén juntos pertenezcan a un mismo clon .
  5. Clonación de las distintas fracciones aisladas, de forma que se clonarán anticuerpos monoclonales específicos para las distintas regiones del epítopo de un único antígeno.
Obtención de anticuerpos monoclonales [anticuerpos monoclonales]

Gracias a este procedimiento se obtienen anticuerpos monoclonales plenamente funcionales. Pero no se puede olvidar el hecho de que han sido obtenidos a partir de linfocitos de ratón, por lo que su uso farmacéutico puede generar problemas de rechazo ante la falta de compatibilidad. Se emplea la ingeniería genética para modificar el anticuerpo monoclonal y hacerlo “más humano”; se trata de un proceso de humanización que hará que los anticuerpos obtenidos del ratón sean más compatibles con el humano. Según las modificaciones, se obtendrán distintos tipos de anticuerpos con distinta inmunogenicidad. En orden decreciente de inmunogenicidad, podemos clasificarlos en:

  • Anticuerpos xenóticos, no han sufrido modificaciones por lo que generan anti-anticuerpos.
  • Anticuerpos quiméricos, en los que se reemplaza la región constante procedente del ratón por una humana.
  • Anticuerpos humanizados, la única parte que mantiene la procedencia murina serán las regiones hipervariables mientras que el resto del anticuerpo será reemplazado por regiones de naturaleza humana.

Psoriasis

Los tratamientos biológicos empleados en el tratamiento de psoriasis actúan de forma específica bloqueando la respuesta inmunológica que se activa en el organismo de forma errónea y provoca las lesiones psoriásicas.

Por un lado están los tratamientos que bloquean la acción del TNF-α citoquina fundamental en los procesos inflamatorios crónicos, llamados genéricamente Anti TNF. Hay dos mecanismos de acción diferentes: 

  • Inhibición competitiva de la unión de TNF-α a su receptor, impidiendo la respuesta celular mediada por TNF-α y provocando que sea biológicamente inactivo. En este mecanismo se usa una proteína humana de síntesis denominada etarnecept.

Etanercept es una proteína humana compuesta por dos copias del receptor P75 del factor de necrosis tumoral TNFα y la porción Fc de la IgG1 humana, obtenida por tecnología del ADN recombinante a partir de un cultivo de células de ovario de hamster chino. Al tener dos copias del receptor p75, puede unirse de modo específico a dos moléculas del TNFα, bloqueando así la posibilidad de que TNFα interaccione con su receptor completo (p55 y p75) de superficie celular. La afinidad de Etanercept por el TNFα es casi 1000 veces superior a la del inhibidor natural (TNFα-R). Y además, el tiempo de permanencia del Etanercept es 5 veces superior al del TNFα-R. 

Su administración se realiza mediante inyección subcutánea:

-25mg dos veces por semana, a intervalos de 72 ó 96 horas
-50mg / semana (en una única administración o en dos administraciones de 25mg el mismo día).

  • Anticuerpos monoclonales anti TNF-α de los cuales hay dos disponibles en la actualidad. El primero es el infliximab, proteína recombinante quimérica producida mediante tecnología de ADN recombinante  (Proteína humana con porciones de proteína murina) y el segundo es el Adalimumab, anticuerpo monoclonal humano recombinante expresado en células de Ovario de Hámster Chino (CHO)

En la actualidad las células CHO son la mejor alternativa a otros sistemas de expresión establecidos como las líneas celulares derivadas de insectos, bacterias, levaduras, etc. para la producción de proteínas recombinantes de uso terapéutico con patrones de N-glicosilación similares a los humanos.

Lupus

Actualmente el belimumab (BLM) es el único tratamiento biológico aprobado para el tratamiento del lupus eritrematoso sistémico (LES). El belimumab es un anticuerpo monoclonal humano de IgG1λ, producido a partir de una línea celular de mamíferos (NS0) mediante tecnología de ADN recombinante, cuyo modo de acción es inhibir el factor estimulador del linfocito B (BLyS). ByLS es capaz de unirse a tres tipos de receptores de membrana: TAC I (Activador Transmembrana e Interactor), BLMA (Antígeno de Maduración de Células B) y Receptor del Factor de Activacion de Células B perteneciente a la subfamilia TNF , y al receptor 3 (BR3). 

El belimumab puede ser administrado por vía intravenosa si se presenta en forma de polvo para mezclarlo con agua estéril y por vía subcutánea como solución líquido una jeringa. Cuando se administra por vía intravenosa, por lo general, el médico o el enfermero lo administran al menos una hora, una vez cada 2 semanas durante las primeras tres dosis y luego una vez cada 4 semanas. El médico decidirá con qué frecuencia tiene que recibir belimumab por vía intravenosa según la respuesta del cuerpo a este medicamento. Cuando se administra por vía subcutánea, por lo general se realiza una vez por semana, preferiblemente el mismo día de cada semana.

Este es el único tratamiento biológico aprobado para el LES y en el
Congreso Anual Europeo de Reumatología de 2018 se ha demostrado una reducción  significativa de la actividad de la enfermedad en los pacientes tratados con belimumab  por vía subcutánea más terapia estándar, en comparación con aquellos tratados con placebo más terapia estándar.

Corticosteroides

Los corticosteroides desarrollados por medio de la biotecnología imitan los efectos de los corticosteroides naturales, que son hormonas naturales producidas por las glándulas suprarrenales. Su principal acción es antiinflamatoria e inmunosupresora gracias a los siguientes efectos que produce:

1.    Inhiben la producción de citoquinas inflamatorias como IL1 e IL2, lo que produce un aumento y movilización de neutrófilos y disminución de eosinófilos
2.    Aumentan la producción de citoquinas antiinflamatorias como IL10 o licoportina 1, lo que inhibe la degranulación de mastocitos, producción de citoquinas y liberación de histamina
3.    Disminución de la quimiotaxis leucocitaria, lo que inhibe la migración de leucocitos al foco inflamatorio y produce la depleción de linfocitos T y, en menor medida, de linfocitos B
4.    Reducen la producción de enzimas proteolíticas de los polimorfonucleares.

Acción corticosteroide [terapia autoinmune]

La acción inmunosupresora se debe principalmente a la depleción de linfocitos (principalmente T y en menor medida B) y a la pérdida de función de los linfocitos T, acción farmacológica de gran interés en enfermedades inmunosupresoras como lupus o psoriasis. Por el contrario, su empleo aumenta el riesgo de infecciones microbianas, dado que la defensa contra estas está mediada por los linfocitos T.

Bioconversión microbiana

La síntesis de corticosteroides se realiza por medio de la bioconversión. La bioconversión o biotransformación es un proceso empleado para la producción de compuestos de interés  biotecnológico y farmacéutico en el que microorganismos o enzimas producidas por estos transforman un compuesto químico en otro relacionado estructuralmente pero activo biológicamente por medio de una o varias reacciones sencillas que forman parte de los procesos biológicos. Estas reacciones pueden ser de hidroxilación, oxigenación, desaminación, hidrólisis, etc. Se ha empleado a gran escala a nivel industrial, teniendo especial éxito la bioconversión microbiana para la producción de esteroides.

Anteriormente los corticosteroides se producían gracias a la síntesis química, aunque conllevaba ciertas desventajas como su bajo rendimiento, su elevado coste, requiere de muchas etapas y de condiciones muy específicas en cuanto a pH, temperatura, etc. Pero el mayor problema es el de las mezclas racémicas: como producto de la síntesis química se obtienen mezclas racémicas de isómeros especulares, pero únicamente uno de los estereoisómeros posee la acción farmacéutica, el eutómero. En cambio, el otro estereoisómero, el distómero, será inocuo o producirá efectos secundarios negativos.

La bioconversión salva todos los problemas que presenta la síntesis química caracterizándose por un elevado rendimiento y especificidad tanto a nivel de sustrato como a nivel posicional en la molécula (presenta una elevada regioespecificidad al afectar a una única posición de la molécula sobre la que actúa). Cabe destacar su elevada estereoselectividad, es decir, permite elegir el isómero que será producto de las reacciones.

Métodos de bioconversión

El proceso de bioconversión es muy diverso dependiendo del producto de síntesis que se quiera obtener. Los microorganismos empleados en este proceso se caracterizan por ser manejables en cuanto a tamaño, ausencia de patogenicidad humana y crecimiento (se cultivan en medios de cultivos simples). Se pueden emplear tanto microorganismos naturales como modificados genéticamente, siendo estos últimos producto de la ingeniería genética para aumentar la cantidad o especificidad de alguno de sus compuestos de biosíntesis, habitualmente proteínas enzimáticas.

Para la bioconversión microbiana se emplea:

  1. Células en suspensión o reposo: el sustrato se aplica directamente al medio de cultivo donde se están desarrollando los microorganismos. Muchas veces añade el sustrato más tarde que los microorganismos al medio para que estos se desarrollen y haya una mayor cantidad de entes microbianos capaces de realizar la bioconversión, aumentando así la cantidad de producto y/o la velocidad a la que se obtendrá.
  2. Células inmovilizadas:similar al anterior a excepción de que las células estarán fijadas a un soporte o región en la que se desarrollará, lo que permite un mejor control del proceso.   
  3. Procesos enzimáticos: se emplean preparados enzimáticos obtenidos previamente para la biosíntesis a partir de producto. Presenta la ventaja de no tener orgánulos, membranas ni paredes celulares como barrera física al estar las enzimas fuera del microorganismo que las haya producido.

Prednisona

Figura tomada de «Biotransformación bacteriana de esteroides» [11]

La bioconversión de esteroides se caracteriza por su diversidad debido a la gran cantidad de posibles compuestos empleados como sustratos así como los distintos microorganismos que se empleen en el proceso. Debido a esta diversidad, nos centraremos únicamente en la bioconversión de la prednisona como uno de los numerosos ejemplos de bioconversión (tabla 5: ejemplos de corticosteroides sintetizados por bioconversión bacteriana).

La prednisona es un glucocorticosteroide que se emplea de forma farmaceútica para el tratamiento de lupus y psoriasis, además de:

  • Cánceres como leucemia, linfoma y mieloma múltiple
  • Efectos producidos por bajos niveles de corticosteroides
  • Reacciones alérgicas
  • Artritis
  • Esclerosis múltiple
  • Se emplea como antiinflamatorio  
  • Enfermedades autoinmunes

Estos efectos se producen gracias a su naturaleza corticoidea (mirar apartado Corticosteroides). Se administra vía oral principalmente, aunque también se puede administrar vía intramuscular.
La prednisona se obtiene por medio de reacciones enzimáticas de Δ1,2-deshidrogenación de 3-cetoesteroides, en concreto la cortisona. Se producirá una deshidrogenación entre los carbonos C-1 y C-2, siendo las enzimas catalizadoras de esta reacción las enzimas KstD (3-cetoesteroide-Δ-deshidrogenasa). Por ello, para la producción industrial de prednisona se han escogido bacterias capaces de sintetizar este tipo de enzimas, entre las que destacan las actinobacterias. Especies como Corynebacterium simplex o Streptomyxa affinis se emplean en la industria farmaceútica para la producción de prednisona, pero será Arthrobacter simplex la que es capaz de llevar a cabo la bioconversión con un mayor rendimiento


Figura tomada de «Biotransformación bacteriana de esteroides» [11]

REFERENCIAS

  1. Gómez Reino J, e. (2018). [Consensus statement of the Spanish Society of Rheumatology on risk management of biologic therapy in rheumatic patients]. – PubMed – NCBI. [online] Ncbi.nlm.nih.gov. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21925444 [Accessed 3 Dec. 2018].
  2. Janssen.com. (2018). [online] Available at: https://www.janssen.com/sites/www_janssen_com_centralamericaandthecaribbean/files/2-%20Avances%20en%20el%20tratamiento%20de%20las%20enfermedades%20autoinmunes.pdf [Accessed 3 Dec. 2018].
  3. Info-farmacia.com. (2018). Etanercept para la artritis reumatoide: informe técnico – info-farmacia. [online] Available at: http://www.info-farmacia.com/medico-farmaceuticos/informes-tecnicos/etanercept-para-la-artritis-reumatoide-informe-tecnico [Accessed 3 Dec. 2018].
  4. Medlineplus.gov. (2018). Inyección de belimumab: MedlinePlus medicinas. [online] Available at: https://medlineplus.gov/spanish/druginfo/meds/a611027-es.html [Accessed 3 Dec. 2018].
  5. Lupus Research. (2018). ¿Qué es el lupus? – Causas, Tratamiento y Síntomas del Lupus | Lupus Research Alliance. [online] Available at: https://www.lupusresearch.org/en-espanol/acerca-del-lupus/que-es-el-lupus/ [Accessed 3 Dec. 2018].
  6. Docplayer.es. (2018). BELIMUMAB. (GlaxoSmithKline) BENLYSTA? – PDF. [online] Available at: https://docplayer.es/37909487-Belimumab-glaxosmithkline-benlysta.html [Accessed 3 Dec. 2018].
  7. García J, Ramos R, Gómez J, Vázquez J, Cano A, García J et al. Biotransformación de esteroides con diferentes microrganismos [Internet]. Scielo.org.mx. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1870-01952015000100017
  8. [Internet]. Elementos.buap.mx. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: https://elementos.buap.mx/num04/pdf/15.pdf
  9. complet V. Biotransformaciones en la industria [Internet]. Theindustrialenzymologist.blogspot.com. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: http://theindustrialenzymologist.blogspot.com/2010/01/biotransformaciones-en-la-industria.html
  10. marvincs1 M. Métodos Biotecnológicos para la Producción de Metabolitos Secundarios «Biotransformaciones» – Monografias.com [Internet]. Monografias.com. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: https://www.monografias.com/trabajos20/biotransformaciones/biotransformaciones.shtml#tipos
  11. [Internet]. Digital.csic.es. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: http://digital.csic.es/bitstream/10261/162504/1/Tesis_Lorena_Fern%C3%A1ndez_Cabez%C3%B3n_UCM.pdf
  12. Cancer C. Prednisona [Internet]. Chemocare.com. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: http://chemocare.com/es/chemotherapy/drug-info/prednisona.aspx
  13. Prednisona: MedlinePlus medicinas [Internet]. Medlineplus.gov. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: https://medlineplus.gov/spanish/druginfo/meds/a601102-es.html
  14. Bioconversiones Flashcards | Quizlet [Internet]. Quizlet. 2018 [cited 3 December 2018]. Available from: https://quizlet.com/8134086/bioconversiones-flash-cards/


Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

quince + 9 =