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Terapia génica y células madre pluripotenciales en enfermedades de la retina: una mirada al siglo XXI.

febrero 28th, 2020 Posted by Retina 0 comments on “Terapia génica y células madre pluripotenciales en enfermedades de la retina: una mirada al siglo XXI.”

Las enfermedades degenerativas de la retina, las cuales incluyen condiciones hereditarias, como la retinosis pigmentaria (RP)  y condiciones adquiridas,  como la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), pueden tener un dramático impacto en la calidad de vida de las personas. Desde el descubrimiento del primer gen causante de la RP hace más de 3 décadas, se han identificado más  de 250 genes, y diversas terapias génicas han sido rápidamente investigadas . Simultáneamente, tecnologías de células madre, como trasplante de células madre pluripotenciales han avanzado y han sido aplicadas para el tratamiento de enfermedades degenerativas retinianas.

A continuación os ofrecemos un resumen publicado recientemente por investigadores japoneses (Akiko Maeda, Michiko Mandai y Masayo Takahashi) pioneros en estas nuevas terapias en la revista Annual Review of Genomics and Human Genetics en 2019 que creemos muy didáctico y de sumo interés (1).

Como introducción, recientemente  la FDA (Food and Drug Administration) en Estados Unidos ha aprobado una terapia de suplemetación genética para pacientes con mutaciones RPE65, las cuales causan la amaurosis congénita de Leber (2). Desde la introducción de células madre pluripotenciales (CMP) en 2006 (3), las terapias con células madre se ha convertido en una importante área del desarrollo de los tratamientos, y la introducción de CMP para el tratamiento de enfermedades degenerativas de la retina en humanos fue reportada por un grupo japonés en 2017 (4).

 

SUSCEPTIBILIDAD GENETICA EN ENFERMEDADES RETINIANAS

Existen dos tipos de enfermedades degenerativas de la retina: heredadas y adquiridas. La forma más común de las hereditarias es la RP con una prevalencia de 1/3.000-4.000. Puede ser con herencia autosómico dominante, autosómico recesiva o ligada al X. Los pacientes con RP inicialmente desarrollan ceguera nocturna y pérdida del campo visual alrededor de los 20-30 años debido a la pérdida de los bastones, la cual es seguida de una pérdida de la agudeza visual central y de los colores alrededor de los 40-60 años debido a la degeneración de los conos.

En contraste con la RP, la DMAE afecta a millones de personas mayores y lidera las causas de ceguera en los países desarrollados. Debido a la pérdida de visión central los pacientes sufren una severa limitación. La DMAE es una enfermedad compleja con múltiples causas, incluyendo factores genéticos, pero la edad es la influencia más importante. Polimorfismos en los genes CFH, ARMS2, HTRA1, APOE, entre otros genes, han sido identificados, además de importantes papeles de la cascada del complemento, metabolismo lipídico y estrés oxidativo.

TERAPIAS GENICAS

Terapias de suplementación genética en enfermedades hereditarias de la retina

En 2017 la FDA aprobó el uso de terapia de suplementación genética para la amaurosis congénita de Leber (ACL) causada por la mutación RPE65. Este gen cataliza la reacción para todas las trans-retinil-éster a 11-cis retinol en el epitelio pigmentario de la retina. Los virus adeno-asociados son el vector preferido para este tipo de tratamientos y se han empleado también en la coroideremia y la RP. Una de las principales limitaciones de estos virus es el relativo pequeño espacio para carga genética que dificulta su uso en enfermedades que implican cambios largos en los genes, tales como la enfermedad de Stargardt y el síndrome de Usher. Diversas investigaciones han desarrollado diferentes vectores y nuevas metodologías para genes largos, incluyendo lentivirus y nanopartículas no virales.

 

 

Resultado de imagen de retinosis pigmentaria Qvision

 

 

 

 

Factores tróficos

Diversos factores tróficos han sido estudiados por sus efectos terapéuticos sugiriendo que pueden proteger de la degeneración de la retina. La suplemetación de estos factores mediante portadores tiene un gran potencial para terapias mutación-independientes. El factor neurotrófico derivado de células gliales (CDNF), factor neurotrófico ciliar (CNTF), factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), factor derivado del epitelio pigmentario (PEDF) y factor de crecimiento básico de fibroblastos (hFGF) han sido testados en modelos animales y muestran efectos beneficiosos para prevenir enfermedades degenerativas.

Terapias optogenéticas

El principio de la optogenética es crear nuevos fotosensores por la transferencia de genes de material fotosensitivo a los circuitos remanentes retinianos después de que los fotorrecptores han degenerado.

En este tipo de terapia se pueden reseñar estudios realizados con canales de rodopsina, aislados de microalgas verdes, entre otros (5).

Las células diana potenciales para la terapias optogenéticas incluyen las células ganglionares, bipolares, amacrinas y fotorreceptores (conos), las cales sufren degeneración en la  RP.

Edición de genes

La edición de genes se investiga para la reparación de mutaciones genéticas. Han sido testados para el tratamiento de enfermedades degenerativas (6) y podría jugar un papel importante en el tratamiento de enfermedades autosómico dominantes de variantes genéticas como la mutación de la rodopsina RH0P23H, la más común de las variantes autosómico dominantes de la RP en Estados Unidos y Europa.

TERAPIAS CON CELULAS MADRE PARA ENFERMEDADES DEGENERATIVAS DE LA RETINA

Durante mucho tiempo se ha pensado que el potencial regenerativo de la retina estaba limitado a algunas especies de no mamíferos como los peces y los anfibios, cuyas células retinianas podrían ser restauradas a partir de células progenitoras retinianas. Pero luego diversas investigaciones encontraron una puerta a la regeneración en las células retinianas de mamíferos. En 2004 Ooto y col (7) reportaron que las células retinianas de Müller podían regenerar fotorreceptores.

La terapia con  células retinianas puede dividirse en dos grupos. Uno que se dirige al efecto protector a través de la secreción de factores tróficos y otro que se dirige a reemplazar o restaurar células disfuncionales o perdidas.

Para la terapia de reemplazamiento o restauración los tipos de células candidatas incluyen fotorreceptores, células del epitelio pigmentario y células ganglionares de la retina. Los fotorreceptores constituyen el primer eslabón para la respuesta a la luz y son la causa primaria de enfermedades retinianas degenerativas incluyendo RP en la cual la pérdida de fotorreceptores es crítica e irreversible. Las células ganglionares de la retina son las últimas células retinianas que reciben las señales procesadas por los fotorrectores y envían las señales al cerebro. El glaucoma es la enfermedad representativa caracterizada por pérdida de células ganglionares.

Comparado con la regeneración de células ganglionares la cual requiere restaurar largos axones hasta el cerebro, el trasplante parece más factible para los fotorreceptores.

Las células del epitelio pigmentario son esenciales para el mantenimiento de los fotorreceptores y la atrofia del epitelio pigmentario, la cual es frecuente en la DMAE, causa degeneración de los fotorreptores.

Desde la primera producción de células madre embrionarias (CME) por Evans y Kaufman en 1981 (8), el uso de estas células para reemplazar varias células u órganos ha sido postulado para futuras terapias regenerativas.

Los primeros reportes de estudios humanos sobre la obtención de células del epitelio pigmentario a partir de CME fue en 2012 (9). La exitosa producción de fotorreceptores de ratones, monos y humanos a partir de CME fue reportado en 2008 (10). Otro hecho relevante fue la generación de organoides tridimensionales retinianos a partir de CME en 2011 por Eiraku  y col (11) y Nakano y col en 2012 (12).

Resultado de imagen de organos tridimensionales retinianos a partir de celulas madre

 

 

Trasplante del epitelio pigmentario  derivado de CME en enfermedad de Stargardt y DMAE

Schwartz y col (13) reportaron el primer estudio clínico usando CME para tratar la enfermedad de Stargardt -una distrofia macular juvenil- y la DMAE. Estos estudios demostraron que este tratamiento es seguro y algo efectivo para restaurar la función visual comparado con el ojo contralateral. En este estudio 18 pacientes fueron trasplantados con 5.000-15.000 células madre derivadas del epitelio pigmentario y 13 de los pacientes exhibieron parches de pigmentación subretiniana que sugieren la superviviencia de las células trasplantadas.

Más recientemente, da Cruz y col (14) lideran un estudio con parches de epitelio pigmentario derivado de CME en pacientes con DMAE asociada a hemorragia masiva subretiniana y pérdida rápida de visión. Los grandes parches permanecieron estables y condujeron a una recuperación de la visión.

El grupo de Takahashi, uno de los autores de este artículo, realizó el primer ensayo clínico con estas terapias en 2017 (4) en pacientes con vasculopatía coroidea polipoidal -un tipo muy agresivo de DMAE- despareciendo los cambios exudativos y estabilizándose la visión del paciente sin recurrencia de la enfermedad durante 4 años.

Terapia de células madre para degeneraciones hereditarias retinianas

La suplementación genética en la RP en estadíos precoces de la enfermedad permite recuperar la función visual y enlentecen o detienen la progresión de la misma. Sin embargo, en casos avanzados con pérdida severa de fotorrecptores, esto ya no es posible.

En este sentido se han realizado diversos ensayos, siendo una de las incógnitas principales si se reestablecen las uniones intercelulares de la retina (sinapsis). El grupo de uno de los autores del artículo, Takahashi sugiere que sí es posible reconstruir funcionalmente las sinapsis entre fotorreceptores y las células bipolares. Sin embargo, se requieren futuros estudios para conocer si estas uniones son lo suficientemente robustas como para conseguir una restauración sustancial de la visión.

 

BIBLIOGRAFIA

(1) Maeda A, Mandai M, Takahashi M. 2019. Gene and induced pluripotent stem cell therapy for retinal diseases. Annu Rev. Genom. Genet. 20: 201-16

(2) Bainbridge JW, Smith AJ, Barker SS, Robbie S, Henderson R, et al. 2008. Effect of gene therapy on visual function in Leber´s congenital amaurosis. N. Engl. J. Med. 358:2231-39

(3) Takahashi K, Yamanaka S. 2006. Induction  of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures  by defined factors. Cell 126:663-76

(4) Mandai M, Kurimoto Y, Takahashi M. 2017. Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration. N. Engl. J.Med. 377:792-93

(5) Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, et al. 2002. Channelrhodopsin-1: a ligth-gated proton channel in green algae. Science 296: 2395-98

(6) DiCarlo JE, Mahajan VB, Tsang SH. 2018. Gene therapy and genome surgery in the retina. J. Clin. Investig. 128: 2177-88

(7) Ooto S, Akagi T, Kageyama R, Akita J, Mandai M, et al. 2004. Potential for neural regeneration after neurotoxic injury in the adult mammalian retina. PNAS 101: 13654-59

(8) Evans MJ, Kaufman MH. 1981. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 292: 154-56

(9) Schwartz SD, Hubschman JP, HeiwellG, Franco-Cardenas V, Pan CK, et al. 2012. Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminary report. Lancet 379: 713-20

(10) Osakada F, Ikeda H, Mandai M, Wataya T, Watanabe K, et. al. 2008. Toward the generaion of rod and cone photoreceptors from mouse, monkey and human embryonic stem cells. Nat Biotechnoll. 26:215-24

(11) Eiraku M, Takata N, Ishibashi H, Kawada M, Sakakura E, et al. 2011. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature 472:51-56

(12) Nakano T, Ando S, Takata N, Kawada M, Muguruma K, et al. 2012. Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs. Cell Stem Cell 10:771-85

(13) Schwartz SD, Regillo CD, Lam BL, Eliott D, Rosenfeld PJ, et al. 2015. Human embryonic stem-cell-derived retinal pigment epithelium in patients with age-related macular degeneration and Stargardt´s macular distrophy: follow-up of two open-label phase 1/2 studies. Lancet 385:509-16

(14) da Cruz L, Fynes K, Georgiadis O, Kerby J, Luo Y, et al. 2018. Phase 1 clinical study of an embryonic stem-cell-derived  retinal pigment epithelium patch in age-related macular degeneration. Nat. Biotechnol. 36:328-37

 

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