Ingeniería genética

Terapia génica. Inmunoterapia oncológica. Tratamiento del cáncer

  • Enviado por: Gusi
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
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INTRODUCCIÓN

Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esta información se encuentra almacenada en una macromolécula que se halla en todas las células: el ADN. Este ADN está dividido en gran cantidad de sub-unidades (la cantidad varía de acuerdo con la especie) llamadas genes. Cada gen contiene la información necesaria para que la célula sintetice una proteína. Así, el genoma (y por consecuencia el proteoma), va a ser la responsable de las características del individuo. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. Por ejemplo, la síntesis una proteína X hará que en el individuo se manifieste el rasgo "pelo oscuro", mientras que la proteína Y determinará el rasgo "pelo claro".

Vemos entonces que la carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de otro, aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales similar para que la reproducción se pueda concretar. Y es que una de las propiedades más importantes del ADN, y gracias a la cual fue posible la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de otro individuo de la misma especie para lograr descendencia diversificada.

Otra particularidad de esta molécula es su universalidad. No importa cuán diferente sean dos especies: el ADN que contengan será de la misma naturaleza: ácido nucleico. Siguiendo este razonamiento, y teniendo en cuenta el concepto de gen, surgen algunas incógnitas: ¿Son compatibles las cargas genéticas de especies distintas? ¿Puede el gen de una especie funcionar y manifestarse en otra completamente distinta? ¿Se puede aislar y manipular el ADN?

La respuesta a todas estas preguntas se resume en dos palabras: Ingeniería Genética.

DESARROLLO

Concepto de Ingeniería Genética:

La Ingeniería Genética (en adelante IG) es una rama de la genética que se concentra en el estudio del ADN, pero con el fin su manipulación. En otras palabras, es la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado.

Breve reseña histórica de la Genética:

El descubrimiento de la estructura del ADN (1953) y el desciframiento de las primeras letras del código genético en 1961 dio lugar en los años sesenta a una toda una serie de investigaciones aplicadas. La biología molecular cobró auge y las tecnologías aplicadas al estudio de las diferentes dimensiones de la vida pasaron a primer plano. El ámbito más importante de la biotecnología pasó a ser desde la década de los 70 lo que se denominó ingeniería genética.

Los primeros experimentos con éxito de la ingeniería genética tuvieron lugar en 1973 después de que, en 1972, se creara la primera molécula de ADN recombinante en laboratorio: experimentos de ADN recombinante en que genes de una especie son introducidos de otras especie y funcionan correctamente. Así que transcurrieron aproximadamente 20 años para pasar de la investigación básica a la tecnología aplicada con éxito.

En 1973 se patentó por primera vez en EEUU una técnica de recombinación genética.

En 1975 se fundó Genentech Incorporated, primera empresa de ingenieria genética

En 1977 se fabricó con éxito una hormona humana en una bacteria

En 1978 se clonó el gen de la insulina humana

En 1982 se crea el llamado “superratón” insertando el gen de la hormona del crecimiento de una rata en óvulos de la hembra del ratón fecundados.

En 1987 propuesta comercial para establecer la secuencia completa del genoma humano.

En 1988 se patenta por primera vez un organismo producido mediante ingeniería genética. Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el proyecto Genoma Humano: identificar todos los genes del cuerpo humano, cuyo número estimado es de cincuenta a cien mil.

En 1993 se consigue por primera vez clonar embriones humanos, aunque el experimento no prospera.

En 1996 elaboración del primer mapa del genoma humano que se calcula que estará terminado hacia el 2002 o 2003. Clonación de dos monos a partir de células embionarias.

En 1997 clonación de la oveja Dolly.

Entre los objetivos alcanzados por la ingenieria genética desde 1973, ya en fase de aplicación, los más conocidos son:

El empleo de la hormona del crecimiento, obtenida artificialmente, para el tratamiento del enanismo

El uso del interferón para el tratamiento de algunas enferemdades víricas

Utilización generalizada de los anticuerpos monoclonales en el diagnóstico clínico

La introducción de la vacuna contra la hepatitis

El empleo de proteinas obtenidas artificalmente para tratar congestiones cardiacas y fracturas

Utilización de anticuerpos monoclonales para aumentar lasdefensas del cuerpo frente al cáncer y otras enfermedades

El empleo de hormonas del crecimiento para aumentar la producción de carne y leche en el ganado vacuno

La obtención de materiales para la industria del plático a partir de microbios

El empleo del interferon para el tratamiento de determinados tipos de cáncer

La obtención de microbios para la extracción de petroleo del subsuelo y para combatir la contaminación por vertidos de petroleo

El empleo de microbis para la extracción de metales en las industrias de tratamiento de desechos

La creación de nuevas razas de cultivos capaces de elaborar los propios fertilizantes y de resistir la sequía y las enfermedades.

Concepto de Cáncer:

Ingeniería genética
 Cáncer es una palabra que se refiere aproximadamente a 150 enfermedades que muestran dos características en común: (1) un crecimiento descontrolado de las células y (2) la habilidad para  invadir y dañar tejidos sanos localmente o a distancia dentro del cuerpo. El noventa por ciento de los canceres humanos se originan en el epitelio (las capas de células que cubren la superficie del cuerpo y sostienen los distintos órganos internos y diversas glándulas); estos canceres son conocidos como carcinomas. Los sarcomas son canceres de los tejidos de soporte del organismo, como los huesos, músculos y vasos sanguíneos. Los canceres de la sangre y el sistema linfático son llamados leucemias y linfomas respectivamente. Los gliomas son canceres del tejido nervioso. Los melanomas crecen de células con pigmentaciones obscuras, como las de la piel.

Células humanas cancerosas

Causa del Cáncer:

 El cáncer ocurre cuando el DNA presente en un gen es alterado de forma tal que ya no puede instruir  a la célula en la cual reside para producir determinada proteína de manera normal. Dicha alteración puede ocurrir cuando el gen es expuesto a la radiación o determinadas drogas o químicos, o cuando algunas, aún incomprendidas, señales internas ocurren. Estos factores pueden ocasionar que el DNA contenido en un gen se rompa y recombine erróneamente o mute. Una vez que cualquiera de estos cambios han ocurrido, ciertos genes pueden transformarse en oncogenes, mientras que otros genes (genes supresores del cáncer llamados anti-oncogenes) pueden ser desactivados.

 Si un gen se ha convertido en un oncogen, la célula en la que está alojado puede comenzar a producir inusitados grandes volúmenes de una de sus proteínas normales o producir una forma alterada de esa proteína. Si un anti-oncogen se ha desactivado, la célula que lo contiene puede ya no producir una proteína normal cuya función es suprimir el cáncer. El algunos casos raros, una proteína aberrante es producida cuando un virus cancerígeno se introduce en una célula e inserta un oncogen. Una vez que una de estas desviaciones en la producción de proteínas ha ocurrido, la célula altera su tamaño, forma y superficie características y comportamiento. De esta forma se convierte en una célula cancerosa que es fácilmente distinguible de una célula normal.

Crecimiento del Cáncer dentro del cuerpo:

 Todo cáncer inicia con una sola célula que se ha liberado de las restricciones de crecimiento presentes en todas las células normales. A causa de que los cambios ocurridos en la célula cancerosa han sido producidos directamente por su DNA (la base molecular de la herencia), estos son transmitidos a cada célula hija en crecimiento a partir de la célula cancerosa original, eventualmente, una familia de células anormales es conformada. Exceptuando el caso de la leucemia, estas células  forman una masa o tumor.

 Las células del tumor comienzan entonces a presionar fuera de sus límites, infiltrando y colapsando  tejidos normales. Pequeño cúmulos de células pueden entonces liberarse y emigrar a sitios distantes, comúnmente invadiendo el sistema circulatorio sanguíneo o linfático. Después de viajar a un nuevo órgano, las células cancerosas abandonan los vasos sanguíneos o linfáticos e invaden los tejidos conquistados, entonces continúan multiplicándose formando tumores secundarios, este proceso de expansión a locaciones lejanas es llamado metástasis. Eventualmente, cada foco de invasión altera el funcionamiento normal del organismo, y muchas veces conduce a la muerte.

Tratamiento del Cáncer a través de la Ingeniería Genética:

Terapia Génica:

La terapia génica consiste en la aportación de un gen funcionante a las células que carecen de esta función, con el fin de corregir una alteración genética o enfermedad adquirida. La terapia génica se divide en dos categorías:

  • Alteración de células germinales (espermatozoides u óvulos), lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. Esta terapia no se utiliza en seres humanos por cuestiones éticas.

  • Terapia somática celular. Uno o más tejidos son sometidos a la adición de uno o más genes terapéuticos, mediante tratamiento directo o previa extirpación del tejido. Esta técnica se ha utilizado para el tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas o pulmonares.

  • Existen varios enfoques de la terapia génica experimental en el tratamiento del cáncer. Algunos se basan en la introducción en las células cancerosas de genes que den lugar a la producción de moléculas tóxicas. Cuando tales genes se expresan (esto es, cuando la maquinaria celular los utiliza para la síntesis de proteínas), las proteínas resultantes matan a esas mismas células tumorales. Otras estrategias apuntan a la corrección o compensación de mutaciones genéticas adquiridas. También hay planteamientos que persiguen la activación de los procesos encargados, de suyo, de la reparación de tales fallos.

    Incremento de los poderes del sistema inmune para tratar al cáncer:

    Reconociendo la remarcable habilidad del sistema inmune para defender al cuerpo en contra de la enfermedad, los científicos han soñado por largo tiempo con desarrollar una nueva forma de tratamiento oncológico, la inmunoterapia. La clave de la inmunoterapia oncológica esta en reforzar al sistema inmune de forma que sea más capaz de combatir a las células cancerosas, actualmente, muchas formas de inmunoterapia están siendo exploradas en investigaciones de laboratorio y ensayos clínicos. La mayoría de estos intentos utilizan sustancias  biológicas natural para activar al sistema inmune, los científicos son capaces de reproducir estas sustancias fuera del     cuerpo a través de ingeniería genética y técnicas de hibridoma. Las distintas formas de              inmunoterapia quedan dentro de tres categorías: modificadores de la respuesta inmune, anticuerpos monoclonales y vacunas.

    Modificadores de la respuesta inmune: Son sustancias, ya sea intrínsecas o extrínsecas al organismo,  que afectan la respuesta inmune, un grupo de modificadores extrínsecos es conocido como potenciadores inmunes, los cuales incluyen al BCG, C. parvo y endotoxina, los cuales son microbios o productos microbianos que han mostrado ser capaces de modificar la respuesta inmune y, bajo ciertas condiciones, causar la regresión tumoral o frenar su crecimiento.

       Anticuerpos monoclonales: Uno de los más importantes adelantos en inmunología es la habilidad para producir anticuerpos puros en grandes cantidades, estos anticuerpos, llamados anticuerpos monoclonales, pueden ser dirigidos a antígenos cancerosos específicos. Los monoclonales pueden ser usados tanto en el tratamiento como el diagnóstico del cáncer, en el laboratorio, sirven como   poderosas herramientas para definir los antígenos tumorales que distinguen a las células cancerosas de las células normales. Cuando son ligados a isótopos radioactivos, pueden detectar grupos de células cancerosas a través del cuerpo, en conjunción con medicamentos anticancerígenos y toxinas naturales , pueden servir como "misiles guiados"  para dirigir esas sustancias a la localización del tumor. Los monoclonales se han mostrado prometedores en el tratamiento de linfoma, leucemia y cáncer de cólon.

    Vacunas: Las vacunas están siendo desarrolladas y probadas en pacientes para prevenir recurrencias de cánceres tratados previamente. Las vacunas contra cáncer son moléculas compuestas, llamadas   antígenos, los cuales se encuentran en las células cancerosas, y están siendo inyectados con catalizadores químicos adecuados para estimular una respuesta inmune contra un tipo de cáncer en específico. Los esfuerzos actuales están dirigidos a vacunas contra el melanoma, cáncer de pecho y rectal y otros.

    Ventaja de la inmunoterapia en el control del cáncer:

     Dado que la inmunoterapia utiliza sustancias naturales para reforzar el sistema inmune propio del    cuerpo, promete ser una forma más natural y mejor dirigida  de tratar el cáncer que la quimioterapia y la radioterapia, más aun, enfoques inmunológicos, usando la exquisita capacidad de reconocimiento del sistema inmune, deberán permitir a los médicos detectar el cáncer más pronto, lo cual es una importante ventaja para controlar la enfermedad.

    Se espera que las inmunoterapias se conviertan en una opción de tratamiento para cánceres en distintos niveles de desarrollo. Cuando un cáncer es localizado, el tratamiento usual actualmente es cirugía o radiación o una combinación de ambos, una vez que el cáncer se ha extendido, la lesión primaria es usualmente removida de manera quirúrgica, siendo usados la radiación y la quimioterapia para eliminar las células cancerosas restantes. Pude ser que la inmunoterapia llegue a eliminar algún día la necesidad de tratamientos tradicionales en las fases iniciales del cáncer previniendo que las células formen un tumor sólido. En medida que el cáncer progrese, la inmunoterapia podría tomar el lugar de la quimio o la radioterapia mediante la estimulación del sistema inmune para que destruya las células que quedaron después de los procedimientos quirurgicos. En casos en que la quimioterapia o radiación son usados, la inmunoterapia tiene el potencial de aumentar la eficacia de estos dos tratamientos y de disminuir sus efectos tóxicos (la quimio y radioterapia pueden dañar al propio sistema inmune, el sistema de formación sanguíneo y otras partes del cuerpo)

    Una forma de inmunoterapia, las vacunas, puede servir algún día como preventivo del cáncer, se espera que las vacunas detengan recurrencias de tipos específicos de cáncer en personas que han sido previamente atacadas por los mismos, mediante la creación de una condición de inmunidad adquirida.

    Investigación del tratamiento del Cáncer en Venezuela:

    El cáncer, segunda causa de muerte en Venezuela, está siendo estudiado en el Laboratorio de Bioquímica Celular del Centro de Microbiología y Biología Celular del IVIC con modernas técnicas genéticas y conceptos recientes de la Medicina Molecular, utilizando tecnologías como el PCR e ingeniería genética en el diseño de posibles tratamientos complementarios a los usuales.

     

    Cuando una célula del cuerpo comienza a crecer rápida y desorganizadamente aparece el tumor maligno o cáncer. Si ésta se detecta a tiempo habría más posibilidades de curación o en su defecto mejor tratamiento con menores efectos secundarios. Desde 1974 el Dr. Manuel Rieber y su equipo estudia diversas fórmulas preventivas para combatir el cáncer, entre ellas la aplicación de PCR a la detección de la expresión diferencial de genes, la cual constituye una tecnología de frontera para el trabajo experimental en diversas disciplinas biomédicas.

     

    La expresión diferencial de genes ocurre en procesos como el envejecimiento celular, desarrollo de tumores y anomalías genéticas, "pero con el uso del PCR ( Polymerase Chain Reaction) que es un método para amplificar secuencias de un determinado gen dentro de una gran cantidad de ADN -explica el Dr. Rieber- y la técnica de la expresión diferencial de genes, podemos detectar cambios tempranos, tardíos o permanentes en respuesta a la transducción de señales".

    En la edición de marzo del Cancer Research[1] se publica un trabajo de los doctores Rieber y Strasberg en cooperación internacional con investigadores de la Universidad de Harvard y el Hospital General de Massachusetts, "un aporte importante porque facilita subsiguientes experimentaciones del efecto de drogas antineoplásicas contra tumores más invasivos", explica el doctor Rieber.

    En el entendido que es vital la formación de recursos humanos de primer orden en el campo de la salud, se realizó recientemente en el IVIC el Curso Experimental Internacional para Combatir el Cáncer, bajo los auspicios del "Programa de Biotecnología de la Salud" de la Universidad de las Naciones Unidas, y con apoyo del Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología (ICGEB).

    Ingeniería genética
    Este Curso, dictado por los doctores Manuel Rieber y Mary Strasberg para científicos del área biomédica, ha entrenado a jóvenes profesionales de Argentina, Colombia, Cuba, Chile, Costa Rica, México, Panamá, Uruguay y Venezuela interesados en Terapia y Diagnóstico de Cáncer. En él se difundió a nivel experimental y conceptual los avances más recientes en terapias moleculares alternativas como aquellas que sensibilizan y favorecen la apoptosis (muerte celular programada) de tumores resistentes a formas tradicionales de terapia.

    Dres. Manuel Rieber y Mary Strasberg

    CONCLUSIONES

    • La ingeniería genética puede ser la vía más rentable para conseguir la cura para el cáncer, y por las informaciones que se dan en este trabajo, podemos observar que no se está muy lejos de conseguirlo.

    • La Ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan todos los usos existentes de estas técnicas de manipulación genética: aquellos que comprenden la terapia génica, y aquellos que se encuentran bajo el ala de la biotecnología.

    • Dado que la inmunoterapia utiliza sustancias naturales para reforzar el sistema inmune propio del    cuerpo, promete ser una forma más natural y mejor dirigida  de tratar el cáncer que la quimioterapia y la radioterapia, más aun, enfoques inmunológicos, usando la exquisita capacidad de reconocimiento del sistema inmune, deberán permitir a los médicos detectar el cáncer más pronto, lo cual es una importante ventaja para controlar la enfermedad.

    • El tratamiento del cáncer es una aplicación de la Ingeniería genética en pro de la humanidad, pero cabe la posibilidad de que este campo sea utilizado sin conciencia y puede llegar a ser perjudicial; es por esto que la Ingeniería genética se ha visto obstaculizada por los conceptos éticos y morales dando como resultado que las investigaciones se vean restringidas, retrasándose así el desarrollo de los descubrimientos y progresos en la genética.

    Bibliografía

    • Enciclopedia Encarta 98

    • Diario Clarín Digital en www.clarin.com.ar, febrero-agosto de 2000.

    • Diario La Nación en www.lanacion.com.ar, febrero-agosto de 2000.

    • Química II, Editorial Santillana.

    • Biología I, Editorial Santillana.

    • "El Genoma Humano" del Dr. Francisco Lenadro Loiácono en www.alfinal.com.

    • "Aplicaciones de la Ingeniería Genética" en www.geocities.com/genetica2000/

    • Declaración de la Asociación Médica Mundial sobre el Proyecto Genoma Humano, en www.wma.net/s/policy/17-s-1_s.html.

    • "Trabajo Práctico de Genética", de Juan Andrés Toselli, en www.monografias.com

    • "Genetic Engineering: A Costly Risk"; "The End of the World as we know it: The Environmental Costs of Genetic Engineering", en www.greenpeace.org.

    ANEXOS

    En ensayo clínico productos biotecnológicos contra el cáncer

    Autor: LILLIAM RIERA

    El Centro de Inmunología Molecular (CIM), perteneciente al Polo científico del Oeste de La Habana, tiene en fase de ensayo clínico a nivel nacional e internacional un anticuerpo monoclonal para tratar tumores epiteliales ubicados en la cabeza y el cuello, así como sendas vacunas terapéuticas contra el cáncer de pulmón y de mama.

    Para fines de este año el CIM piensa solicitar el registro médico-sanitario del anticuerpo monoclonal a la agencia regulatoria cubana señaló a Granma Internacional Rolando Pérez Rodríguez, director de Investigaciones del centro, recientemente condecorado con la orden Carlos J. Finlay, instituida por el Consejo de Estado cubano, en 1979, para distinguir la obra de prestigiosos investigadores con larga trayectoria y relevantes resultados. El científico añadió que en el mundo sólo existe registrado un anticuerpo de este tipo, en EE.UU., en 1998.

    Obtenido por la vía de la ingeniería genética mediante un proceso en que la proteína animal se compatibiliza con el organismo humano, el anticuerpo monoclonal hasta ahora se había estado ensayando en el Instituto Nacional de Oncología y Radiobiología (INOR), perteneciente al Ministerio de Salud Pública y rector del programa cubano de lucha contra el cáncer.

    Recientemente —refiere Pérez—, la agencia regulatoria canadiense, "como parte de un proyecto que tenemos con una empresa de allí, aprobó el ensayo clínico en esa nación, que ya comenzó junto con el de la vacuna EGF (contra el cáncer de pulmón), desarrollada por el CIM en colaboración con el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología".

    Asimismo, la vacuna contra el cáncer de mama o de gangliósidos, lograda conjuntamente con el Instituto Finlay, y que, al igual que la EGF había sido probada en el INOR, el hospital Hermanos Ameijeiras y el Centro de Investigaciones Médico Quirúrgicas (CIMEQ), ahora extenderá su ensayo clínico a varias provincias cubanas y Argentina, explicó.

    El cáncer, que se desarrolla gradualmente como resultado de una compleja mezcla de factores relacionados con el ambiente, el estilo de vida y la herencia, y que afecta la unidad básica de la vida: la célula, es responsable del 25% de las defunciones en los países desarrollados. En Cuba constituye la segunda causa de muerte, con una incidencia anual de entre 20 mil y 25 mil casos nuevos y una mortalidad entre 13 mil y 14 mil personas.

    La Isla exhibe en la salud problemas similares a los de las naciones del Primer Mundo, con indicadores, incluso, muchas veces más alentadores, a pesar de las limitaciones en cuanto a financiamiento impuestas por el bloqueo de EE.UU., que muchas veces ha impedido al país acceder a medicamentos para implementar estas costosas terapias, las más baratas de las cuales pueden llegar a los 1 800 dólares.

    Hasta hace muy poco los interferones y las interleuquinas eran los productos más usados en el tratamiento del cáncer, pero actualmente el consenso apunta a que los futuros fármacos y las nuevas terapias se obtendrán a través de la biotecnología.

    Sin embargo, "cuando nos referimos al empleo de terapias nuevas no hablamos de sustituir a las ya existentes, sino de combinar cirugía, radiación, quimioterapia y bioterapia, es decir, de añadir al arsenal de que se dispone", precisó Pérez.

    Reconocidas empresas farmacéuticas y biotecnológicas del mundo ya han comenzado a establecer importantes alianzas para elaborar y producir estos fármacos de nueva generación. Solamente entre 1997-98 se invirtieron 284 millones de dólares en capital de riesgo en estos proyectos.

    Desde 1986 Cuba cuenta con un programa nacional de control de cáncer que comprende la prevención primaria, el diagnóstico precoz y las acciones diagnósticas y terapéuticas.

    Tanto el INOR como el CIM mantienen el intercambio científico y la colaboración con prestigiosos centros del mundo en este campo, "para potenciar la capacidad y el know-how de nuestras instituciones", añadió Pérez.

    El CIM tiene registrados y en uso nacional cuatro radiofármacos muy útiles para el diagnóstico de tumores por imágenes, explica.

    "Y todo apunta a que pronto alcanzaremos nuestra próxima meta: la introducción de los anticuerpos monoclonales y las vacunas terapéuticas en el tratamiento de estos enfermos", aseveró el científico.