Terapia Génica

Muchas de las enfermedades actuales existen porque un gen de nuestro genoma no es capaz de expresarse bien, es decir, no es capaz de traducir la información que contiene para producir determinada proteína. Si esta proteína que falta es importante en nuestro metabolismo eso conduce a enfermedad en sus distintos grados o incluso a la muerte.

Los distintos tipos de diabetes mellitus, independientemente de su origen, se caracterizan por la incapacidad de las células beta, y de los islotes de Langerhans del páncreas, de liberar la cantidad necesaria de insulina en el torrente sanguíneo para mantener los valores de glicemia normal.

Durante el tratamiento se aplicaron inyecciones que contenían vectores adenoasociados con los genes terapéuticos, en este caso, los encargados de la producción de insulina y glucoquinasa
Insulina: es la hormona producida por las células del páncreas cuando el nivel de glucosa en sangre es alto y su función es la activar los mecanismos que permiten a la glucosa entrar desde el torrente sanguíneo a las células para su posterior procesado por la glucoquinasa.
Glucoquinasa: es la enzima encargada de convertir la glucosa en otro metabolito para poder acumularlo como glucógeno o almidón. Principalmente actúa dentro de las células del hígado (hepatocitos) y del músculo.

Por lo tanto, la terapia génica permite la producción y acción común de estas dos moléculas de manera que el organismo autorregula la captación de la glucosa de la sangre evitando su acumulación (hiperglucemia).

Las modificaciones genéticas en las células diana pueden llevarse a cabo in vivo o in vitro. La terapia génica in vivo consiste en introducir los genes terapéuticos directamente en las células defectuosas del paciente, presenta obstáculos, debido a la dificultad de los vectores de acceder directamente al tejido diana. Por su parte, la terapia génica in vitro está más desarrollada y consiste en extraer parte de las células afectadas del paciente, o conseguir otras células con potencial terapéutico, cultivarlas en el laboratorio, modificarlas genéticamente, en el caso que sea necesario, y finalmente «trasplantarlas» al paciente.

El objetivo de la terapia es promover la formación o regeneración de las células beta o precursores de éstas; modular la respuesta metabólica de la glucosa y la secreción de insulina; modificar la resistencia a la insulina que se genera en la diabetes tipo 2, y, finalmente, proteger las células beta y evitar la respuesta autoinmune que destruye de forma irreversible éstas células originando la diabetes tipo 1.

Regeneración de las Celulas Beta

Debido a que la terapia génica in vivo presenta aún algunas dificultades técnicas, de momento, la mejor opción parece que es la terapia génica in viro. Para ello se necesita obtener una línea celular estable, es decir, que pueda replicarse de forma indefinida en el laboratorio y después puedan ser trasplantadas al paciente.

Las células progenitoras de células beta tienen una alta capacidad replicativa, cosa que facilita el cultivo celular ex vivo. Estas células pueden obtenerse de tejidos fetales, como las células madre de origen embrionario (recientemente han originado una fuerte polémica mediática) o células madre del páncreas adulto.Actualmente, se están estudiando los genes implicados en la morfogénesis de las células endocrinas inmaduras como el PDX-1, un importante transactivador del gen de la insulina y que, además, también está implicado en la transactivación de otros genes como el gen del transportador de la glucosa GLUT2 y la enzima glucocinasa, implicados en la ruta que integra la señal de glucosa en el exterior de la célula con la consecuente secreción de insulina.

Los múltiples efectos clave del gen PDX-1 en la funcionalidad de las células beta y los cambios observados en la expresión del gen PDX-1 en los diabéticos hacen pensar en la hipótesis al que una sobreexpresión de este gen en los islotes pancreáticos de los pacientes con diabetes tipo 2 puede mejorar la respuesta de la glucosa y la secreción de la insulina.

El principal problema es que al estimular la proliferación parece que pierden parte de su diferenciación, disminuyendo la secreción de insulina.

Una alternativa a las dificultades que presentan las células beta maduras es la utilización de las células progenitoras de éstas.

Bibliografía:

Sociedad Española En ciencias, Terapia genica en el tratamiento de la diabetes: la cura un paso mas cerca, extraido de: http://nutricion.org/noticias/noticia.asp?id=49

Genes en lugar de fármacos. Programa 107 de Redes (RTVE). http://www.rtve.es/television/20111023/genes-lugar-farmacos/470697.shtml

Sandra Torrades, Terapia para curar la diabetes, Elsevier, Vol 22 Num 24, 2013, extraido de: http://www.elsevier.es/es-revista-offarm-4-articulo-terapia-genica-curar-diabetes-13046057

Imagen 1 extraído de: http://www.observatoriobioetica.org/2015/01/aplicacion-clinica-de-la-terapia-genica/6200

Imagen 2 extraído de: http://ehlersdanlos-info-mas-mi-experiencia.blogspot.com/2012/07/terapia-genica-para-el-sed.html

Stem Cells

Stem Cells en Diabetes Mellitus

La mayoría de los tejidos adultos que forman parte del organismo de estos animales superiores, poseen la capacidad intrínseca de auto renovarse, a partir de poblaciones celulares que permanecen remanentes en quiescencia durante la vida del animal, pero que mantienen la capacidad de diferenciación. Este proceso ha abierto una nueva era en la llamada medicina regenerativa, que no es más que aprovechar los mecanismos naturales de renovación celular para reparar los tejidos dañados. Sin embargo, este nuevo concepto en la medicina no solo ha planteado nuevas posibles vías terapéuticas de estudio, tales como las llamadas terapias celulares, sino que también ha abierto sin duda la "caja de pandora", que exige no solo un debate científico sino ético por parte de la sociedad en general.

Diabetes mellitus y células madre 

La diabetes mellitus puede subdividirse en 2 grandes enfermedades: la diabetes mellitus tipo 1 (insulino-dependiente) o DM1, caracterizada por un proceso autoimmune de destrucción de las células productoras de insulina que provoca la falta de esta hormona, y la diabetes mellitus tipo 2 (no insulino-dependiente), que representa un 90 % de los casos diagnosticados. Su aparición se debe a la combinación entre la resistencia a la acción de la insulina por parte de los tejidos periféricos y una alteración de la función de la célula pancreática. 

En la actualidad existen terapias para los 2 tipos de diabetes. La viabilidad de esta nueva estrategia celular depende principalmente de 3 importantes pre requisitos: 

• Identificación de células pluripotenciales o unas células progenitoras pancreáticas que tengan la capacidad de auto replicarse y de generar células diferenciadas.
• Identificación de las señales proliferativas que permiten expandir, de una manera específica, estos progenitores pancreáticos.
• Identificación de señales instructivas que induzcan la diferenciación de estas células pluripotenciales o progenitoras en células funcionales que secreten la insulina correctamente procesada, de una manera pulsátil, en respuesta a concentraciones fisiológicas de glucosa.

1. Estrategia de Trapping (utilizada por el equipo del Dr. Soria). Las stem cells son transfectadas con una construcción que lleva un gen de resistencia a un antibiótico (neomicina) el cual está bajo el control del gen de la insulina. De ese modo, se estableció la línea celular IB/3x-99 derivada directamente de un cultivo de células ES de ratón, las cuales tienen la capacidad de formar los agregados de las células que secretaron la insulina de una manera dependiente de la glucosa. La mayoría de los animales presentaron un control de la glucosa de la sangre. Sin embargo, el 40 % de los trasplantados desarrollaron a las 12 semanas una hiperglicemia.

2. Marcadores selectivos de células madre pancreáticas. La nestina es una proteína del filamento que se ha identificado por ser un marcador de células stem del sistema nervioso central. La estrategia de seleccionar células que expresaran la proteína Nestina ha sido criticada, aunque numerosas evidencias podrían confirmar que puede ser un buen marcador, a pesar de que existe un solapamiento en los factores de transcripción de la neurogénesis y la endocrinogénesis, factores claves neuronales del bHLH, tales como neurogenina 1-2, neuro D, y neuro D2 pueden ayudar a activar el gen de la insulina en una célula neuronal.

Bibliografía:

Dra Eugenia Mato Celulas madre una nueva terapia regenerativa, Revista cubana de endocrinología, 2004 extraído de: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1561-29532004000200007

Imagen 1 extraido de: http://www.hhmi.org/research/developmental-biology-and-regenerative-medicine-pancreas

Imagen 2 extraido de: http://www.ijustwanttoscience.com/for-everyone/2014/10/20/diabetes-stem-cells-to-the-rescue

Transgénicos en Diabetes Mellitus

Transgénicos en Diabetes Mellitus 

La insulina que se administraba a los diabéticos se obtenía de vacas y cerdos, con un efecto muy similar al producido por la variante humana, pero con numerosos problemas de tipo alérgico derivados de las impurezas con las que se obtenía.

Hoy en día se consigue la síntesis de la insulina mediante técnicas biotecnológicas. El procedimiento llevado a cabo fue utilizando las bacterias Escherichia coli como factor en miniatura para producir de forma separada las cadenas A y B de la insulina humana, introduciendo para ello los genes que las codifican en las bacterias mediante un vector pBR322. 

El resultado fue una insulina humana denominada Humulin, más barata de producir, potente y segura, ya que no mostraba los problemas que producían las homólogas animales. Empezó a distribuirse a principios de los años 80 como tratamiento contra la diabetes

No obstante, la investigación no termina aquí. En los últimos años se está consiguiendo que otros organismos genéticamente modificados produzcan insulina humana, con numerosas ventajas. Por ejemplo, se han obtenido vacas transgénicas que producen leche enriquecida en pro-insulina humana, que evitarían tener que purificar la proteína, pues únicamente habría que consumir la leche. Lo mismo ocurre con el cártamo, que se ha modificado para que produzca insulina humana en sus semillas

Ventajas de los transgénicos:

• Creación de organismos que funcionen como fábricas biológicas, produciendo grandes cantidades de proteínas utilizadas en el tratamie to de enfermedades humanas (insulina).
• Creación de nuevas proteinas a partir de la combinación de genes 
• Al modificar determinados genes en animales de laboratorio simulando lo que ocurre en seres humanos cuando aparece una determinada enfermedad, se recorre el camino hacia un mayor conocimiento de ésta y a la obtención de mejores tratamientos.
• Elaboración de vacunas comestibles, por ejemplo tomates con la vacuna de la hepatitis B,
• Desarrollo de animales que no dispongan del gen que causa el rechazo de órganos en los tejidos humanos

Desventajas de los transgénicos:

• Durante el proceso de ingeniería genética se usan genes que otorgan resistencia a antibióticos para identificar las células con la modificación deseada. Existe la preocupación de que dichos genes puedan ser transferidos a microorganismos, originando cepas resistentes a los antibióticos.
• Los transgénicos pueden causar nuevas alergías 
• La posibilidad de transferencia de genes al organismo humano.
• Existe riesgo de que se produzca hibridación.

 

Bibliografía:

• Naukas, éxitos transgénicos: Insulina, 2012 extraído de http://naukas.com/2012/01/05/exitos-transgenicos-la-insulina/
• Joshua Duvauchelle, ventajas y desventajas de los transgénicos 2012 extraído de http://www.livestrong.com/es/ventajas-desventajas-alimentos-lista_21934/
• Alfonso Reinmund, Los organismos transgénicos, 2013, extraído de http://cmccareimunderriol.jimdo.com/men%C3%BA-menu/espa%C3%B1ol-1/ventajas-e-inconvenientes/
• Imagen 1 extraído de: http://es.slideshare.net/gveleztobar/biotecnologia-ambiental-50991221
• Imagen 2 extraído de http://utjangig.blogspot.com/
• Imagen 3 extraído de https://prezi.com/dqfkklltwjuk/biotecnologia/

ADN recombinante Y Diabetes Mellitus

Es un tipo de ADN  formado por la unión de dos moléculas  de diferente origen.Se distingue entre el ADN recombinante natural, y el ADN recombinante sintético. El primero es el que se genera de manera biológica dentro de los organismos. El ADN se recombina de manera natural mediante procesos como la reproducción sexual, la transformación bacteriana y la infección viral.

El ejemplo de ADN recombinante que se produce en la naturaleza, es la transferencia de plasmidos desde una bacteria a otra.Los plásmidos suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Los plasmidos tienen la capacidad de transferir genes desde un organismo a otro, (usualmente lo podemos ver en bacterias) y típicamente contienen un marcador genético confiriendo un fenotipo el cual puede ser seleccionado a favor o en contra.  
                         

En la actualidad la insulina que se emplea para uso terapéutico es la sintética DNA recombinante similar a la humana. 

Procesos de ingeniería genética pueden producir insulina humana. La insulina humana se coloca en el ADN de un segundo organismo. El organismo huésped se convierte en una fábrica productora de insulina. Las personas con diabetes no producen o utilizan su proteína insulina correctamente. La insulina de las vacas o los cerdos se ha utilizado desde la década de 1900 para tratar la diabetes. Ahora proteína insulina humana puede ser producida en masa a través de procesos de ingeniería genética.
Posteriormente con el uso de la ingeniería genética ha sido posible sintetizar insulina humana, dando lugar a la insulina semisintética (obtenida a partir de insulina porcina por sustitución en la cadena B del aminoácido alanina por treonina) y a la insulina biosintética (obtenida por biotecnología con ADN recombinante de origen bacteriano o de levadura).

Bibliografía:

Mayo Trujillo, ADN recombinante: Ejemplo de uso de la insulina 2015  https://www.academia.edu/10823987/ADN_Recombinante_Ejemplo_de_uso_de_la_insulina

Insulinotheraphy, Andres Kuzmanic, Rev Med Chile 2009 

http://apps.elsevier.es/watermark/ctl_servlet?_f=10&pident_articulo=90432279&pident_usuario=0&pcontactid=&pident_revista=202&ty=126&accion=L&origen=zonadelectura&web=www.elsevier.es&lan=es&fichero=202v20n05a90432279pdf001.pdf

Manuel E. Sintesis de analogos a la insulina, Scielo Rev Cubana

http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1561-29532006000300005

Cultek S.L.U. Tecnica del ADN recombinante 

http://www.cultek.com/inf/otros/soluciones/DNA-recombinante/Tecnica%20DNA%20recombinante.pdf

Pruebas Moleculares para la Diabetes Mellitus

Una prueba molecular para Diabetes mellitus

Las pruebas moleculares son métodos de laboratorio que permiten identificar alteraciones de proteínas, ciertos metabolitos, cromosomas o ácidos nucleicos relacionados con enfermedades de causa genética. Constituyen técnicas que llegan a revelar las bases moleculares de estas afecciones. 

Los métodos de análisis de mutaciones para el diagnóstico clínico son muy variados y la selección específica de ellos. Como consecuencia, los laboratorios de diagnóstico molecular cuentan actualmente con tests diseñados selectivamente para la diabetes mellitus con base genética, los cuales con gran frecuencia combinan técnicas moleculares (RPC, Southern blot, hibridación con oligonucleótidos mutación-específicos, secuenciación), buscando desarrollar técnicas que sean relativamente simples, confiables, aplicables a escala y de bajo costo.

La prueba mas usual es determinar las variantes genotípicas del SNP -19 del gen de la CAPN 10 y su relación con la diabetes mellitus tipo 2, para esto se le va a necesitar una muestra de sangre, del cual se le extraera el ADN de los linfocitos. 

                                      

Razones de elección de esta prueba:

1) No se necesitan pasos especiales para realizar este examen.

2) Es una prueba que se usa de manera rutinaria en algunos centros de salud o laboratorios 

3) Es especifico para el gen a determinar, en nuestro caso CAPN 10

4) Sus muestras biológicas son de facil acceso como sangre periferica.

5) La obtención de resultados por pcr son casi inmediatos 

Bibliografía:

Silvana Zanlungo M, Marco Arrese J, Attilio Rigotti R. Medicina molecular: Presente y futuro Molecular medicine: Present and future Rev. méd. Chile v.127 n.8 Santiago ago. 1999 http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0034-98871999000800014&script=sci_arttext

Ministerio de sanidad Publica, Diagnostico de Diabetes Mellitus,, España  http://www.guiasalud.es/egpc/diabetes_tipo1/completa/apartado04/definicion.html

Estela Morales Peralta Pertinence of the lab techniques for the diagnosis of genetic diseases Rev Cubana Pediatr v.80 n.2 Ciudad de la Habana abr.-jun. 2008  http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-75312008000200010

Prueba de Tamizaje en Diabetes Mellitus

La glucemia en ayunas es la prueba más sencilla para el tamizaje oportunístico de DM en personas asintomáticas que por algún motivo acuden a un servicio de salud.

Exámenes de glucemia:
Glucosa sanguínea en ayuno. Después de un ayuno de aproximadamente 8 horas. Este examen es utilizado para diagnosticar diabetes o pre-diabetes. Pero no es una prueba 100% confirmatoria de diabetes.
Glucosa sanguínea a cualquier hora del día. Esta prueba junto con una serie de síntomas es utilizada para el diagnóstico de diabetes, pero no de pre-diabetes.
Antecedentes familiares.
Se debe tomar en cuenta los síntomas comunes de la diabetes como son: Poliuria, polifagia y polidipsia
A todos estos exámenes hay que considerar a la hemoglobina glucosilada para poder realizar un diagnostico mas preciso de DM.

Diagnostico confirmatorio:

La prueba de oro para el tamizaje de diabetes en estudios, sigue siendo la medición de la glucemia 2 horas post carga de glucosa (PTOG). Es muy importante tener en cuenta que una prueba de tamizaje solo indica una alta probabilidad de tener DM y debe ser confirmada con una prueba diagnóstica.

                                  


Si en esta prueba, el nivel de glucosa está entre 140 y 199 mg/dl dos horas después de haber bebido el líquido, se tiene una forma de prediabetes llamada Intolerancia a la glucosa, lo que significa que existe el riesgo de desarrollar Diabetes tipo 2

Una glucosa de 200 mg/dl o más después de dos horas de haber tomado la solución glucosada, (y tras la realización de otra PTOG positiva realizada otro día), confirma el diagnóstico de Diabetes.

Webgrafía

- Apuntes Medicos, Diagnotico de diabetes Mellitus y otros problemas metabólicos, 2008, http://apuntesmedicos.net/2008/05/27/diagnostico-de-la-diabetes-mellitus-y-otros-problemas-metabolicos-asociados-a-regulacion-alterada-de-la-glucosa/

- Organizaciñon de Diabetes bienestar y salud 2014, Pruebas para detectar la diabetes, http://www.diabetesbienestarysalud.com/2012/07/pruebas-para-detectar-la-diabetes/

- Brent Weius, Mediplus, examenes y chequeos para diagnostico de Diabetes Mellitus 2014 https://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/patientinstructions/000082.htm

- Imagen extraida de: http://kinexpert.bligoo.com/la-diabetes-mellitus-una-amenaza-cronica-para-la-salud

- Imagen 2 extraida de: http://apuntesmedicos.net/2008/05/27/diagnostico-de-la-diabetes-mellitus-y-otros-problemas-metabolicos-asociados-a-regulacion-alterada-de-la-glucosa/

Epigenética en la Diabetes

Los genes influyen en todos los aspectos de la fisiología humana. La obesidad y la diabetes tipo 2 también son  resultado  de  las  interacciones  entre  la  nutrición y el acervo genético. Se han identificado varias mutaciones que son responsables  de  la diabetes (las diversas formas de MODY, del inglés “Maturity Onset Diabetes of the Young”).

La  diabetes  tipo  2  se  desarrolla  ante  una  respuesta inadecuada de las células β pancreáticas y del tejido adiposo frente  a  un  exceso  crónico  de  sustratos  energéticos,  lo  que se  traduce  en  un  almacenamiento  ectópico  de  grasa,  resistencia a la insulina, concentraciones elevadas de citoquinas inflamatorias y estrés metabólico. Finalmente, conduce a una disminución de la secreción de insulina y a apoptosis de las células β, lo que conlleva una incapacidad para compensar la  resistencia  a  la  insulina.

Diversos  factores  ambientales,  entre  los  que  destaca  la hiperglucemia, contribuyen a la progresión de las complicaciones diabéticas, como por ejemplo la nefropatía, la retinopatía o la microangiopatía. En este sentido, recientes experimentos han revelado una estrecha relación entre los eventos hiperglucémicos (que afectan a la expresión de determinados genes)  y  ciertas  modificaciones  en  la  cromatina.  Un  ejemplo es la asociación entre los cambios químicos de las colas amino-terminales de la histona H3 y la metiltransferasa Set7 especifica  de  lisinas.  Su  expresión  parece  ser  crucial  para mejorar  la  accesibilidad  de  la  cromatina  y  la  transcripción

de  los  genes  de  las  células  β,  y  parece  ser  responsable  de la expresión génica vascular en respuesta a episodios anteriores  de  hiperglucemia,  en  lo  que  se  denomina  “memoria

hiperglucémica”

Entre los factores ambientales que parecen afectar a las marcas  epigenéticas  se  encuentra  la  dieta.  Como  ya  se  ha explicado,  una  nutrición  inadecuada  puede  originar  modificaciones epigenéticas  que  podrían  estar  implicadas  en  un incremento  del  riesgo  a  sufrir  enfermedades  metabólicas.

Pero al mismo tiempo, existe la esperanza de que una nutrición adecuada, con un aporte adecuado de compuestos que ayudan  a  mantener  el  nivel  de  metilación  del  ADN,  pueda ayudar a revertir las marcas epigenéticas de riesgo, o prevenir los cambios de metilación que ocurren con la edad o por

efecto de otros factores ambientales

Referencias:

- Fermín I. Milagro Y. y J. Alfredo Martínez H Epigenética en obesidad y diabetes tipo 2: papel de la nutrición, limitaciones y futuras aplicaciones Rev. chil. endocrinol. diabetes 2013; 6 (3): 108-114 extraído de: http://www.soched.cl/Revista%20Soched/3-2013/4.pdf

- Adán Valladares-Salgado,a Fernando Suárez, Epigenética de la obesidad infantil y de la diabetes, extraido de: http://www.medigraphic.com/pdfs/imss/im-2014/ims141o.pdf

- Imagen extraída de:
https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=PMC2780862_zdb0120959580001&req=4