Nuevas líneas de terapia genética en Medicina del Deporte
Vladimir
Martinek, M.D.1, Freddie H. Fu, M.D.2, Johnny Huard,
Ph.D.3
Traducción:
Dr. Carlos Liotta*
*
Médico Traumátologo de
Cleveland Sport.
Centro de Medicina Deportiva
del Club de Amigos
RESUMEN
En
las últimas dos décadas, el tratamiento de las lesiones deportivas ha
mejorado a través de adelantos en los
programas de rehabilitación y de las técnicas quirúrgicas. A pesar de estos
avances, no se encontró un tratamiento óptimo para las lesiones de
los ligamentos cruzados, para las lesiones centrales de meniscos, las lesiones
del cartílago articular, o retardos de consolidación de fracturas debido
a la pobre capacidad de curación de estos tejidos. Nuevos acercamientos biológicos
se focalizan en el tratamiento de dichas lesiones utilizando factores
de crecimiento celular que estimulan el proceso de curación. Uno de estos promisorios tratamientos a futuros son
los relativos a la terapia genética que intenta transferir genes específicos
que incluyan factores de crecimiento proteicos dentro de
las células del tejido lesionado
El
tratamiento de las lesiones referentes al deporte
ha ido mejorando en forma continua en las dos últimas
décadas. Técnicas de cirugías minimamente invasivas, especialmente
la artroscopia, nuevos instrumentos,
rehabilitaciones modernas, medicaciones, así como el mayor
conocimiento acerca de la fisiopatología
del trauma ha llevado a la optimización
y aceleración en el tratamiento de las lesiones.
A
pesar de estos avances, siguen habiendo retos en
el tratamiento de las lesiones originadas en la limitada
capacidad de reparación de algunos tejidos del sistema músculo esquelético.
Ligamentos, tendones,
meniscos, y el cartílago articular son tejidos con escaso flujo sanguíneo.
Es por esta razón, que los
procesos de curación son prolongados y resultan comúnmente en la formación
de una cicatriz deprimida o en un defecto
de tejido.
Varias
citoquinas, o factores de crecimiento se han identificado
que afectan al proceso de curación en los
diferentes tejidos del sistema músculo esquelético.
Los factores de crecimiento son pequeños pépticos que pueden ser sintetizados tanto por las células
que residen en el sitio de la injuria (ej. fibroblastos,
células endoteliales, células mesenquimales) como
por las células del proceso reparador o inflamatorio
(ej. plaquetas, macrófagos, monocitos). Ellos están capacitados para
estimular la proliferación celular, la
migración y la diferenciación, así como la síntesis de la matriz de colágeno. Mientras tanto el efecto
estimulador de varios factores de crecimiento
sobre diferentes tejidos ha sido demostrado. El código
genético de la mayoría de los factores de crecimiento
conocidos, ha sido determinado mediante el
uso de la técnica del ADN recombinarte, mediante el cual podemos ahora producir una gran cantidad
de estas proteínas con funciones terapéuticas.
A
través de la aplicación directa de proteínas recombinantes
humanas se pueden observar efectos beneficiosos
sobre los procesos de curación, altas dosis
en repetidas series de inyecciones son comúnmente
necesarias dado la relativa vida media corta de
estos productos. Otra limitación en el uso de los factores
de crecimiento proteicos es su traslado al sitio
de la injuria. De hecho, diferentes estrategias, que incluyen el uso de polímetros,
pulsos de heparina, han sido investigados para constatar los niveles de
factores de crecimiento en el sitio de la injuria. A pesar de que estos
avances han demostrado ser capaces de
mejorar la persistencia local de los factores de crecimiento, los
resultados de estas técnicas aun son limitados, De entre todos los métodos
desarrollados para la administración local de los factores de
crecimiento, las técnicas de transferencia genética aparecen como las
mas promisorias.
TERAPIA
GENETICA
Definición
La
terapia genética es una técnica que se basa en la alteración
de la información genética celular. Originalmente,
la terapia genética fue concebida para la manipulación
de líneas celulares para el tratamiento de
algunos desordenes genéticos heredados, pero este método
es muy limitado dado la tecnología ineficiente
y por las cuestiones éticas. Mientras tanto, la
manipulación genética de células somáticas ha sido lograda
en forma aceptable. La terapia genética se puede
aplicar a la medicina del deporte transfiriendo genes
específicos que contengan factores de crecimiento o antibióticos, hacia el tejido blanco, por ejemplo.
Entonces sustancias terapéuticas pueden ser producidas
en forma importante y constante directamente
por las células del sitio de la lesión, con concentraciones capaces de mejorar el proceso de curación.
Vectores
Para
expresar el gen, el material de ADN transferido
debe entrar al núcleo, donde puede o integrar los
cromosomas de la célula huésped o permanecer separado
en forma de un episoma. Luego de la trascripción,
el ARM-m generado es transportado por fuera del núcleo, sirviendo como
base para la formación de proteínas (ej.
factores de crecimiento) en los ribosomas. Consecuentemente, estas células se
convierten en reservorios y secretantes de citoquinas
capaces de acelerar el proceso de curación.
Vectores
virales y no virales se pueden usar para llevar el material genético dentro
de las células. Los sistemas
de transferencia no virales son generalmente más
fáciles de producir y se presentan con una toxicidad
e inmunogenicidad menor, pero sin embargo su
eficiencia disminuye por un menor índice de transferencia.
A pesar del desarrollo de nuevas líneas de investigación,
como el uso de agentes necróticos como que
aumentan la permeabilidad de las células transferidas o en la creación de nuevos liposomas, el éxito de los
vectores no virales sigue limitado.
Actualmente,
los vectores virales se presentan como
el método mas eficiente. Previamente al uso de
la terapia genética con virus, todos los genes que codificaban proteínas patogénicas debían ser removidos
y reemplazadas por el gen en interés. La habilidad natural del virus para
entrar (infectar) a la célula y de integrarse en el material genético
del huésped dentro del núcleo de la célula infectada es utilizada.
El virus se une a la célula a través de un receptor
y el material es transportado por el citoplasma y entra al núcleo. Los
virus mas comúnmente usados son los adenovirus, retrovirus, virus
adenoasociados y el virus de herpes simple, nuevos vectores virales con
toxicidad e inmunogenicidad reducida se
hallan bajo desarrollo.
Estrategias
Diferentes
estrategias para transferir genes pueden
ser utilizadas tanto locales como sistémicas en los
tejidos del sistema músculo esquelético.
La
administración sistémica consiste en la inyección
del vector en el torrente sanguíneo y la diseminación
del mismo a todo el organismo, lo cual se prefiere
cuando el tejido blanco no puede ser alcanzado directamente. Este método
tiene también la ventaja de una mejor
distribución del vector en comparación
de la inyección local y directa del vector. La
mayor limitación del método es la baja especificidad para la expresión del gen y la gran concentración
de vector necesaria para lograr efecto terapéutico.
Mas aún, la poca irrigación sanguínea de diferentes tejidos (cartílago,
menisco), hacen inapropiada a esta técnica
para lesiones del sistema músculo esquelético.
Dos
diferentes estrategias básicas para terapia genética
local en el sistema músculo esquelético han sido extensivamente
estudiados. Ambos vectores pueden ser inyectados directamente en el tejido huésped (in vivo) o bien las células del tejido dañado
son removidas, genéticamente alteradas invitro y
reinyectadas en el sitio lesionado {ex-vivo). Aunque
el método directo es técnicamente mas sencillo, el envió genético
indirecto es mas seguro pues la manipulación
genética se realiza bajo condiciones controladas
por fuera del cuerpo. Con el método ex-vivo,
los factores de crecimiento pueden ser dirigidos con células endógenas capaces de responder a la
estimulación y de participar en el proceso de curación
en el tejido lesionado. La selección de los procedimientos
apropiados depende de varios factores como el índice de división de las células
blanco, la fisiopatología de la
lesión y del tamaño del ADN que codifica
el factor del crecimiento.
Limitaciones
Para
el tratamiento de las lesiones deportivas, la mayor
preocupación en el uso de la terapia genética es
la seguridad. Si bien esta puede la ultima opción en
patologías tales como enfermedades malignas, distrofias
musculares, enfermedad de Gaucher o fibrosis
quística, los riesgos de los efectos adversos y consecuencias
potenciales son inaceptables en la medicina del deporte. Los vectores virales
que se integran en el genoma de las células
corren con el riesgo de mutagénesis.
Posibles regulaciones anormales del
crecimiento celular, toxicidad que lleve a una
sobre expresión crónica del factor de crecimiento proteico, y el desarrollo de una malignización es teóricamente
posible, aunque ningún caso fue reportado
al momento.
La
perdida de la expresión celular del gen transferido
luego de pocas semanas es un fenómeno frecuente
y no muy bien explicado, especialmente con los adenovirus. Sin embargo una
expresión genética temporaria o auto limitada puede ser útil para el tratamiento
de las lesiones músculo esquelético, en donde
solo se necesitan altos niveles de f actores de crecimiento
en forma transitoria para promover el fenómeno
de curación.
A pesar que los progresos son evidentes en la terapia genética, no se puede considerar como una técnica establecida, en parte por la falta de vectores apropiados. Muchos laboratorios están avocados al desarrollo de la terapia viral y no viral así que se pueden esperar mayores avances en el desarrollo de vectores en el futuro cercano.
TRATAMIENTO DE LAS LESIONES DEPORTIVAS
Músculo
La
incidencia de lesiones musculares varia dependiendo
del tipo de deporte entre un 10 a un 55% del total
de las lesiones sufridas. Mientras que con pequeñas
lesiones musculares así como esguinces pueden curar completamente, las
grandes lesiones musculares
curan con la formación de un tejido cicatrizal que
perjudica la función muscular y puede llevar a contracturas
musculares y dolor crónico. Otros problemas se pueden presentar durante los
alargamientos
de miembros, así como también la necrosis muscular
posterior a los sindromes compartimentales asociados
con contracturas isquémicas.
Los
factores de crecimiento pueden ofrecer un nuevo camino para el tratamiento de
las injurias musculares. Recientes experimentos in-vitro e in-vivo han
demostrado el mejoramiento de la curación con los factores de crecimiento, en
particular con el factor básico de
crecimiento fibroblástico (b-FGF)
y con el factor de crecimiento insulino símil tipol
(IGF1). Ya se han logrado resultados prometedores con terapia genética en el tratamiento de distrofia musculares
tipo Duchenne. Se esta investigando ahora técnicas para hacer mas eficiente
la mejora de la curación en
lesiones relacionadas al deporte.
Cartílago
El
daño del cartílago articular en la rodilla es un problema
frecuente que le sigue a una lesión deportiva.
Lleva a una artritis prematura y causa una considerable
afectación a la calidad de vida, con enormes
gastos en el tratamiento de salud a largo plazo. El cartílago articular de
los adultos no posee aporte sanguíneo,
drenaje linfático o elementos neuronales; es
mas los condrocitos están aislados de la nutrición del liquido articular por
su gran matriz extracelular. Por
estas razones la regeneración del cartílago articular
es muy limitada.
Las
técnicas quirúrgicas mas comunes para el tratamiento
del cartílago lesionado son las perforaciones
subcondrales o microfracturas, transplante de condorcitos
autogénos o alogénos. A pesar de algunos resultados prometedores, se
requieren nuevas estrategias para obtener consistentes resultados a largo
plazo. Factores de crecimiento que incluyen el BMP-2, el b-FGF, el
factor de transformación beta (TGFB), el
factor de crecimiento endotelial (EGF), el IGF-1 y proteínas morfogénicas derivadas de cartílago (CDMP) han
demostrado ser in-vitro e in-vivo efectos
beneficiosos sobre los condrocitos y sobre la curación del cartílago articular. Se esta investigando
con técnicas de ingeniería genética técnicas para los
defectos de cartílago, pero no se ha establecido aún
la manera mas eficiente para resolver este sofisticado
problema.
Ligamento
cruzado anterior
La
lesión del LCA es la segunda lesión ligamentaria
mas frecuente de la rodilla y se estiman mas de 100.000
rupturas del LCA por ano en los EE.UU. Mientras que las lesiones del ligamento
colateral medial curan espontáneamente,
en la mayoría de los casos el LCA tiene una pobre capacidad de curación. Para
restaurar la función normal de la rodilla luego de una lesión del LCA, se
necesita una reconstrucción quirúrgica
con tendones autogénos o alógenos. En
las reconstrucciones con material autógeno los injertos hueso-tendón-hueso
con tendón rotuliano y con semitendinoso son los elegidos en forma estandarizada.
A pesar de los avances importantes de
la ultima década, siguen habiendo desafíos que mejorar y acelerar la curación luego de la reconstrucción
del LCA.
Debido
al proceso de ligamentizacion, que puede
llevar mas de 3 años en completarse, el injerto transplantado
atraviesa un periodo de debilidad. Por esta
razón la rehabilitación es lenta, aún a los deportistas profesionales se
les recomienda un periodo de seis
meses postquirúrgico antes de iniciar la práctica
competitiva luego de una reconstrucción del LCA.
Recientemente,
varios estudios han demostrado efectos
beneficiosos de los factores de crecimiento, derivados
de plaquetas, factor AB (PDGF-AB), EGF, b-FGF,
sobre el metabolismo fibroblástico del LCA. Los
datos sugieren que estos factores de crecimiento
específicos pueden mejorar la curación del LCA o la
ligamentización del injerto de LCA. Los primeros estudios
de factibilidad han demostrado la habilidad
de los ligamentos a ser modificados con vectores virales.
El
siguiente paso es la transducción/transfección de los injertos con vectores
expresando apropiados factores
de crecimiento. Generalmente, la transducción
viral puede realizarse directamente en el
momento de la implantación del injerto in-vitro previo
a la reconstrucción del LCA (precondicionamiento del injerto).
Usando
el injerto de semitendinoso, el cirujano debe
enfrentar las desventajas del tendón en su unión
con el hueso, inferior a la fijación del hueso-tendón-hueso.
La proteína ósea morfogénica tipo 2 (BMP2) es uno de los factores de
crecimiento que puede
resolver este problema y mejorar la fijación del
tendón en el túnel óseo.
Menisco
Las
rupturas meniscales producidas por fuerzas de
torsión o compresión son comunes en el deporte. Diferentes
técnicas de reparación que incluyen suturas, arrows o grapas se han
desarrollado para preservar el menisco pero
solo las lesiones del tercio periférico
vascularizado pueden curar. Las lesiones de
las porciones centrales no curan y llevan a un problema de orden clínico pues aunque se realicen resecciones
parciales, con el tiempo esto llevara a lesión
del cartílago y osteoartritis. Estudios experimentales
han demostrado que el proceso de curación de la porción central del menisco puede ser promovida mediante
algunos quimiostáticos o estimuladores de la
mitosis derivados del coagulo de fibrina, del tejido
sinovial, o de factores de crecimiento [factor de crecimiento
transformado alfa (TGFa), bFGF, EGF, PDGF-AB].
Los objetivos de la terapia genética para la curación meniscal seria
transducir lesiones centrales
directamente con vectores o indirectamente con células
antólogas que expresen factores de crecimiento para estimular la proliferación celular y la síntesis de
matriz en fibroblastos meniscales para alcanzar una
eficiente curación.
Luego
de una perdida completa del menisco, debido
a una lesión extensa o repetidas resecciones, rápidamente
se deteriora la función de la rodilla en la
mayoría de los pacientes. Sin tratamiento la osteoartritis
se instala en 5 a 10 años. El tratamiento luego
de la perdida del menisco se limita al transplante
del mismo con aloinjetos. Pocos estudios se
encuentran sobre esta materia y las fallas ascienden a un 60% luego de menos de dos anos. Estudios experimentales
muestran una lenta reacción de inmunidad
en los injertos de meniscos transplantados. Pre-tratamiento
del injerto meniscal con vectores virales
que expresen factores de crecimiento pueden llevar a una aceleración de la fijación del injerto, reestructuración
del mismo y supresión de la imnunogenicidad.
Hueso
El
hueso posee suficiente potencial de curación, y
la fijación mecánica es un método adecuado para la
curación en la mayoría de las fracturas. Sin embargo
en más de un 10% ocurren fenómenos de retardos
de consolidación o no-unión luego de un trauma.
La no-unión o pseudoartrosis presenta un importante problema que debe ser
resuelto mediante sofisticadas técnicas (fijación externa, transporte óseo,
injertos óseos, etc.).
Otros
problemas que ocurren en la medicina del deporte
son las fracturas por estres o sobreuso de las
extremidades inferiores que corresponden a más de un 15% de todas las lesiones en los corredores. El tratamiento
es prolongado y el tiempo de recuperación demanda entre 4 a 12 meses o más.
Para
el tratamiento de estas lesiones, las intervenciones
biológicas mediante la aplicación de factores de
crecimiento específicos que estimulen la producción
del hueso han mostrado resultados prometedores.
Recientes experimentos in-vivo han demostrado la habilidad de proteínas morfogénicas (BMPs), especialmente
BMP-2, el factor insulino-símil (IGFs) en
formar factor de crecimiento beta (TGF-b), para promover
la curación ósea. Para mantener niveles suficientes de factores de crecimiento en el sitio fracturario,
la terapia genética puede llevar genes específicos
hacia el sitio de reparación que continúa produciendo
el factor deseado.
La
terapia genética derivada del músculo puede abrir
otra importante puerta para el tratamiento de defectos óseos, debido a que el
tejido muscular ha demostrado
competencia osteogénica en respuesta a la
estimulación osteoinductiva, y células derivadas del
músculo pueden ser usadas para producir proteínas
terapéuticas en enfermedades no ortopédicas.
DIRECCIONES
FUTURAS
A
pesar que la terapia genética no se ha establecido
aun como una terapéutica aceptada, existe un gran
potencial para el tratamiento de lesiones músculo esquelético a
futuro. Actualmente, solo unas pocas terapéuticas
efectivas con técnicas de terapia genética se han testado en articulaciones humanas. En
el ámbito experimental, muchos estudios se han realizado exitosamente
para probar la factibilidad de llevar los
genes a los diferentes tejidos del sistema
músculo esquelético. Luego de esta fase, estudios iniciales han
demostrado efectos positivos de genes
transducidos (especialmente BMP-2, IGF-1, TGF-b) in-vivo e in-vitro. El mayor
obstáculo hoy, parece ser la habilidad de los vectores en llevar los genes
efectivos, pero grandes progresos se han reportado en varios laboratorios trabajando en la producción
de estos vectores. En general, creemos que la
combinación de la terapia genética y la ingeniería genética
nos ayudara a crear terapias suficientes para tejidos con poca
capacidad de curación (cartílago, menisco,
ligamento) y para otros desordenes como pseudoartrosis
u osteoartritis.
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