Diagnóstico y tratamiento

Transcripción

1 Diagnóstico y tratamiento de las ALERGIAS por ácaros I Leonardo Puerta Llerena. Químico farmacéutico, máster en Ciencias y doctor en Ciencias Biológicas. Estudios de Posgrado en Inmunología, Universidad del Sur de la Florida (USA). Profesor Titular, Instituto de Investigaciones Inmunológicas, Universidad de Cartagena, e investigador principal de este proyecto de investigación. lpuertall@yahoo.com Dalgys Martínez de la Ossa. Bióloga con énfasis en Biotecnología, Universidad de Sucre, y máster en Inmunología, Universidad de Cartagena. Actualmente, estudiante del Doctorado en Ciencias Biomédicas, Universidad de Cartagena. Representante estudiantil ante el Comité Intelectual de la Universidad de Cartagena. Miembro junior de la Organización Mundial de Alergia. Investigadora del Grupo de Alergología Experimental e Inmunogenética, Universidad de Cartagena. dachidelaossa@gmail.com Otros integrantes del Instituto de Investigaciones Inmunológicas: Luis Caraballo Gracia. Médico, magíster en Microbiología, Universidad de Antioquia y doctor en Farmacia, Universidad de La Habana (Cuba). Profesor Titular y Emérito, Universidad de Cartagena. Director del Grupo de Investigación Alergología Experimental e Inmunogenetica. Actualmente pertenece al Comité de Directores de la Organización Mundial de Alergia (WAO) y es coinvestigador de este proyecto de investigación. lucaraballo@yahoo.com José Fernando Cantillo Romero. Graduado en Química y Farmacia, y magíster en Inmunología, Universidad de Cartagena. Actualmente, estudiante del Doctorado en Biología Molecular, Universidad Complutense de Madrid (España). josefcantillo@gmail.com Marlon Múnera Gómez. Biólogo, Universidad de Pamplona (Colombia) y magíster en Inmunología, Instituto de Inmunología, Universidad de Cartagena. Actualmente, estudiante del Doctorado en Ciencias Biomédicas de este Instituto. En el 2013 ganó beca para estudios de Biotecnología, Centro Internacional para la Ingeniería Genética y Biotecnología, Trieste (Italia). marmunera@gmail.com

2 QUÉ SON LAS ENFERMEDADES ALÉRGICAS? Enfermedades como el asma trastorno inflamatorio de las vías respiratorias que dificulta la respiración y la rinitis alérgica trastorno que afecta la mucosa nasal y que produce estornudos y secreciones nasales se producen por la exposición a sustancias generalmente compuestas por proteínas denominadas alérgenos. En el medio ambiente se encuentran producidas por ácaros del polvo de las casas pequeños artrópodos que se encuentran en los colchones y polvo, mascotas como gatos y perros, ciertos alimentos, pólenes, hierbas y hongos. En la actualidad, se conocen en detalle centenares de alérgenos que producen enfermedades respiratorias. Una persona con alergias produce varios anticuerpos que se unen a los alérgenos. En la respuesta de defensa contra las infecciones se originan los anticuerpos o inmunoglobulinas Ig que ayudan a la protección, de los cuales existen cinco clases. Pero cuando una persona alérgica entra en contacto con los ácaros del polvo de las casas, produce principalmente anticuerpos de la clase IgE, los cuales provocan una reacción que causa daño e inflamación. Estos anticuerpos se unen a unas células sanguíneas llamados basófilos y producen la liberación de una sustancia química inflamatoria llamada histamina, la cual afecta varias partes del cuerpo, como vías respiratorias, ojos, piel, estómago e intestinos. Por tanto, la cuantificación de estos anticuerpos en la sangre sirve para diagnosticar la alergia. La presencia de los anticuerpos en la sangre también sirve para hacer un seguimiento de la eficacia de un tratamiento basado en aplicación de vacunas, conocido como inmunoterapia. El impacto social y económico de las enfermedades alérgicas es grande, incluyendo los costos de atención en la salud, bajo rendimiento en el trabajo o el estudio y menor calidad de vida. En los países industrializados y en América Latina, estas enfermedades son bastante comunes. En Colombia, en los últimos años, se ha dado un aumento en los registros de asma y rinitis alérgica, lo que muestra un aumento progresivo que alcanza hasta 32% para el caso de la rinitis. En el origen de estas enfermedades intervienen varios factores: la predisposición hereditaria, la vía de exposición y la cantidad de alérgenos con que nos ponemos en contacto o respiramos. 2

3 LOS ÁCAROS DEL POLVO DE LAS CASAS El contacto con los alérgenos presentes en el medio ambiente es un factor que aumenta la probabilidad de adquirir alergia de las vías respiratorias. Entre ellos, los provenientes de los ácaros del polvo de las casas son los de mayor peligro y causantes de la mayoría de los casos de asma y de rinitis. Dichos ácaros son pequeños invertebrados estrechamente relacionados con los arácnidosy los insectos; tienen cuatro pares de patas, cohabitan con el ser humano y son de difícil observación sin ayuda de microscopio, ya que miden entre 150 y 500 micras (Figuras 1a y 1b). Se estima que entre 10% y 30% de la población mundial está afectada por alergia a estos ácaros (Fernández, Puerta, Caraballo, 2014), (Puerta, Caraballo, 2006). Los ácaros son muy numerosos y afectan a gran parte de la población. En Colombia y en otros países de América Latina y el Caribe, las alergias por ácaros son bastante comunes; en la mayoría de los casos esto se debe a las dos especies más abundantes en el trópico: Blomia tropicalis y Dermatophagoides pteronyssinus. En el polvo de las casas de pacientes alérgicos que viven en regiones tropicales y subtropicales se pueden encontrar varias especies de ácaros, debido a las altas temperaturas y humedades relativas en el medio ambiente (Puerta, Fernández, Caraballo, 2014), (Moreno, Caraballo, Puerta, 1995). LA TERAPIA INMUNOLÓGICA Evitar el contacto con los alérgenos que provocan las alergias es la principal recomendación que se da a los alérgicos, para frenar o disminuir la respuesta inflamatoria y otras molestias propias de las alergias como tos, estornudo, lagrimeo y dificultad respiratoria. El recubrimiento de colchones con fundas especiales y el empleo de acaricidas buscan reducir el contacto con los ácaros y sus alérgenos (Fernández, Puerta, 2014). Sin embargo, estas medidas no son suficientes ni eficaces, dadas las condiciones favorables en nuestro medio para la proliferación de los ácaros; y debido a que los alérgenos que producen se encuentran esparcidos y acumulados en el medio ambiente, no solo de las casas, sino también en sitios de trabajo y escuelas. 3

4 Por lo anterior, existen otras medidas para tratar las alergias y aliviar a los afectados. Así, para controlar las alergias se usan los medicamentos antialérgicos conocidos como anti-histamínicos, ya que bloquean el efecto de la histamina, una sustancia inflamatoria liberada por los basófilos. También se usan los medicamentos broncodilatadores, los cuales contrarrestan la dificultad respiratoria al aumentar el volumen de aire que llega a los pulmones; y los corticoesteroides, una categoría de medicamentos usados ampliamente para aliviar el efecto inflamatorio crónico o agudo en las alergias, administrados por vía inhalatoria. Estos medicamentos solo reportan mejoría transitoria. La terapia inmunológica es el único tratamiento dirigido a modificar las bases biológicas de las alergias y brindar mejoría a largo plazo. Se basa en la administración de vacunas, por lo que también se conoce como inmunoterapia. Consiste en la administración de cantidades crecientes de los alérgenos hasta alcanzar la tolerancia, es decir, experimentar contacto con los alérgenos sin presentar las molestias o manifestaciones clínicas (Cantillo, Puerta, 2010). En la actualidad, la inmunoterapia de las enfermedades alérgicas se realiza con extractos alergénicos completos, que son mezclas complejas de proteínas extraídas de fuentes naturales materia prima, pólenes, ácaros cultivados en el laboratorio y otros. Estos extractos contienen las sustancias que provocan las alergias, pero también otras sin ninguna importancia o innecesarias para el efecto protector. Ellas han tenido utilidad desde hace muchos años en el diagnóstico mediante pruebas en el laboratorio con la sangre del paciente, o mediante pruebas cutáneas. Para el caso de la inmunoterapia, se ha cuestionado el hecho de administrar componentes no directamente involucrados en la respuesta alérgica, aunque en la mayoría de los pacientes este tratamiento resulta eficaz. También existe preocupación por la difícil obtención de un producto con muchos componentes, lo que puede desencadenar reacciones adversas en el momento de administrarlo. Por lo anterior, desde hace más de diez años se sugirió que el diagnóstico más apropiado de las alergias es el realizado con las sustancias directamente involucradas en la alergia, para el que deben usarse las proteínas puras y bien caracterizadas. Esto se ha llamado diagnóstico molecular, basado en los componentes que provocan la alergia. De esta forma, se podría identificar para 4

5 cada persona cuáles son los alérgenos de interés y establecer una inmunoterapia a la medida, en la cual se administrarían solo vacunas compuestas por las proteínas apropiadas que puedan transformar la respuesta alérgica en una respuesta de tolerancia, es decir, ofrecer una curación efectiva. Propuesta para la inmunoterapia de las alergias por ácaros, en el trópico Desde hace unos veinte años, el Instituto de Investigaciones Inmunológicas de la Universidad de Cartagena estudia aspectos particulares de las alergias en el trópico, incluidos los factores hereditarios que predisponen a ciertas personas a padecerlas, y los factores ambientales que influyen en el desarrollo de las enfermedades alérgicas. Estas investigaciones permitieron conocer datos epidemiológicos sobre los principales alérgenos asociados con el asma y la rinitis alérgica en nuestro medio. También posibilitaron el desarrollo de la infraestructura y del personal con alta competencia para la identificación, caracterización y producción de los principales alérgenos de los ácaros del polvo de las casas, de mayor impacto en la población afectada. Como se dijo arriba, la mayoría de los casos de asma y rinitis alérgica en los países ubicados en el trópico como Colombia, es provocada por dos especies muy comunes de ácaros del polvo de las casas. Esto mismo sucede en otros países ubicados en regiones tropicales y subtropicales, como Centroamérica, el Caribe, parte de Asia y África. Así, los estudios en Cartagena demostraron que la alergia a los ácaros aumenta las probabilidades de ataques agudos de asma; y que el contacto con los ácaros durante los primeros años de vida confiere un mayor riesgo de sufrir alergia en la edad adulta. También se han identificado los principales alérgenos de los ácaros. Varios de estos se han producido en el laboratorio mediante procesos de biotecnología que usan el material genético del ácaro, como el ADN, y el cultivo de bacterias para obtenerlos en forma altamente purificada. Las proteínas obtenidas de esta manera se conocen como proteínas recombinantes. Se sabe que estas pueden conservar las propiedades biológicas de sus equivalentes naturales presentes en los ácaros, por lo cual pueden usarse para investigar su posible uso en humanos, para modificar en forma beneficiosa la manera en que las defensas del cuerpo responden a los 5

6 alérgenos. Por lo anterior, planteamos la hipótesis de que proteínas obtenidas de manera recombinante y que en su estructura tengan representados los principales alérgenos que producen alergia en nuestra población, pueden servir para preparar productos útiles para el diagnóstico de las alergias o para el tratamiento mediante aplicación de vacunas inmunoterapia (Cantillo, Puerta, 2013). BIOTECNOLOGÍA APLICADA PARA RESOLVER LAS ALERGIAS Este proyecto de investigación se sustenta en la idea de que se pueden lograr métodos y herramientas novedosas y más eficaces, para el diagnóstico y tratamiento de las alergias mediante el uso de las proteínas recombinantes o variantes de estas. Mediante la manipulación genética del ADN de los ácaros se ha producido un gran adelanto en la caracterización de los alérgenos, en la producción de un gran número de ellos y en el desarrollo de nuevas vacunas. La manipulación genética permite aislar, analizar, modificar y transferir genes de un organismo a otro para conferir a este una nueva característica. También permite obtener en laboratorios de biotecnología proteínas con un alto grado de pureza, en cantidades ilimitadas y con propiedades biológicas similares o iguales a las de origen natural. El procedimiento básico de obtención de un alérgeno recombinante se ilustra en la figura No. 2. El Instituto ha sido pionero en Colombia y en América Latina en la producción de alérgenos recombinantes. Mediante biotecnología, nuestro grupo de investigación produce diferentes alérgenos que se usan en el estudio de las alergias y en la identificación de los principales agentes causantes de alergia en el país. Proteínas recombinantes para el diagnóstico y tratamiento de alergias La manipulación genética de los ácaros permite obtener variantes de sus alérgenos con propiedades útiles para su aplicación como posibles vacunas. Como uno de los objetivos era producir proteínas constituidas por porciones de diferentes alérgenos de los ácaros, 6

7 primero se diseñaron las proteínas de manera artificial, con ayuda de computador y de información almacenada en base de datos de genes y proteínas, es decir, usando la bioinformática. De esta manera, se realizaron modelos teóricos de las proteínas con las características que se buscaban. Luego, se sintetizaron los genes de las proteínas diseñadas para introducirlos en bacterias que las producen cuando se cultivan en el laboratorio por medios biotecnológicos. Se diseñaron varias proteínas, y se seleccionaron las de mejor calidad para producirlas en el laboratorio (Figura 3). Los análisis moleculares y biológicos de las proteínas producidas indicaron que tienen buenas propiedades para su empleo en la preparación de vacunas contra alergias, producidas por ácaros del polvo de las casas en el trópico. RESULTADOS DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Se obtuvieron varias proteínas recombinantes con representación de los principales alérgenos de los ácaros del polvo de las casas, que producen alergias en regiones tropicales y subtropicales. Estas proteínas son únicas y novedosas, y mostraron capacidad de reaccionar con los anticuerpos de las personas alérgicas, de manera que pueden servir para realizar pruebas de diagnóstico de alergias mediante la cuantificación de los anticuerpos que circulan en la sangre, o mediante pruebas cutáneas que muestran en el alérgico una inflamación local cuando se aplican en la piel. También los estudios con los basófilos de humanos y con animales para experimentación en laboratorio, indican que algunas de las proteínas obtenidas pueden usarse para preparar nuevas vacunas para tratar las alergias por dichos ácaros. El análisis de activación de basófilos confirmó que estas proteínas recombinantes tienen actividad biológica y menor capacidad de provocar alergia, en comparación con las proteínas naturales o mezclas de alérgenos naturales. Este es un aspecto interesante y atractivo, ya que en la preparación de vacunas para tratar las alergias es muy importante reducir o eliminar la posibilidad de que el paciente presente alergia severa durante la administración. 7

8 El desarrollo de estas proteínas tiene un impacto en los pacientes que padecen alergias: debido a que se pueden obtener en alto grado de pureza y excelente calidad, se pueden calcular y administrar las dosis más apropiadas para cada persona. Así, esta aplicación sería más efectiva y segura comparada con el uso actual de extractos alergénicos naturales; además, se disminuye el riesgo de producir efectos adversos o molestias por su aplicación como vacunas. De otra parte, también tiene impacto sobre la comunidad científica, al contribuir con la generación de conocimiento sobre una manera novedosa de obtener proteínas con potencial uso en el diagnóstico y tratamiento de las alergias, y para el estudio de los mecanismos celulares y moleculares subyacentes en estas enfermedades. Este proyecto de investigación permitió la obtención de patentes en Singapur, Estados Unidos y Colombia, en las que se reconoce el valor inventivo, novedoso y de posible comercialización de los productos obtenidos. Por lo cual se otorgan derechos de propiedad sobre nuevas proteínas diseñadas y producidas en el laboratorio, que pueden usarse para desarrollar vacunas contra las alergias por ácaros del polvo de las casas. 8

9 Galería 1a 1b Blomia tropicalis Dermatophagoides pteronyssinus. Principales especies de ácaros de polvo de las casas, productores de alergias respiratorias en Colombia y otros países de Latino América y el Caribe. Cortesía Investigadores. 2 Los alérgenos recombinantes y sus usos. Cortesía investigadores 3 Representación del diseño de una proteína recombinante: del diseño in silico (por computador) al modelo de la estructura en tres dimensiones de la proteína producida en el laboratorio. Cortesía investigadores 9

10 REFERENCIAS Cantillo, J. & Puerta. L. (2010). Nuevos esquemas de inmunoterapia específicas con alérgenos. Biomédica, 30(3), Cantillo, J. & Puerta, L. (2013). From molecular cloning to vaccine development for allergic diseases. In An integrated view of the molecular recognition and toxinology: From analytical procedures to biomedical applications (pp ). Recuperado de com/books/an-integrated-view-of-the-molecular-recognition-and-toxinology-from-analyticalprocedures-to-biomedical-applications/from-molecular-cloning-to-vaccine-development-forallergic-diseases Fernández C, E., Puerta, L. & Caraballo, L. (2014). Mites and allergy. In Bergmann, K. C. & Rings, J. (Eds.). History of allergy (Vol. 100, pp ). Basilea: Karger. Fernández C., E. & Puerta, L. (2014). Control ambiental de alérgenos En García, E. & Caraballo, L. (Eds.). Asma, enfoque integral y nuevas tendencias (p ). Bogotá: Médica Panamericana. Moreno, L., Caraballo, L. & Puerta L. (1995). Importancia médica de los alérgenos de los ácaros domésticos. Biomédica, 15(2), Puerta, L. & Caraballo, L. (2006). Alérgenos. En Reyes, M., Aristizábal, G. & Leal, F. (Eds.). Neumología pediátrica: Infección, alergia y enfermedad respiratoria en el niño (5a ed., pp ). Bogotá: Médica Panamericana. Puerta, L., Fernández C., E. & Caraballo, L. (2014). Ácaros domésticos. En García, E. & Caraballo, L. (Eds.). Asma, enfoque integral y nuevas tendencias (Cap. 10, pp ). Bogotá: Médica Panamericana. 10

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12 NOTAS I Esta investigación fue financiada por Colciencias y la Universidad de Cartagena. 12