Historia de la terapia génica

Tras el minuto más largo de mi vida, el investigador principal intervino y retiré la mano del pecho de Jesse. Tras auscultarlo un momento, dijo: “Adiós, Jesse, acabaremos por entender qué ha pasado.”

Paul Geslinger

En los 80, tras 30 años estudiando el ADN, los científicos decidieron por fin intentar manipularlo para curar a la gente. Si gen defectuoso causa una enfermedad genética, entonces arreglemos el gen. Si el cáncer surge por una mutación, corrijámosla. La biología está chupada. ¡Y nada era imposible en los años 80! Con dinero, visión, un peinado absurdo y un paquete de Marlboro, no había nada que no pudieras conseguir.

Figura 1: Genetistas de los años 80 preparándose para triunfar

Pero la realidad es tozuda. Las siguientes cuatro décadas revelarían que reescribir nuestro ADN, aparentemente, siempre estaba a un paso de distancia, y que el camino hacia dominar nuestro genoma está plagado de errores, niños muertos, fracasos embarazosos, éxitos espectaculares y pistolas. Sí, pistolas.

Aquí va una breve historia de la medicina genética hasta ahora.

Corrupción

Modificar el ADN de las más de 30 billones de células del cuerpo humano es una tarea abrumadora. Es natural, entonces, que los humanos —una especie bastante perezosa— buscaran la ayuda del único organismo del planeta capaz de hacerlo: los virus.

La primera variedad que llamó la atención de científicos e inversores de todo el mundo fueron los adenovirus, una amplia familia de virus responsables de aguafiestas como la gastroenteritis, la conjuntivitis o la cistitis.

Los adenovirus (‘AV’) resultaban atractivos por varias razones; son altamente infecciosos, pueden transportar muchísimos genes, y no cambian el genoma de forma permanente. Este es un detalle relevante; cuando un AV infecta una célula, sus genes no se integran en los cromosomas del huésped; en su mayoría, permanecen en forma de ADN episómico (“flotante”). Las células infectadas no replican el nuevo ADN, por lo que los nuevos genes no quedan impresos permanentemente en el huésped.

Esto puede percibirse como una desventaja, pero los cambios genéticos temporales son más que deseables porque, aunque no pueden curar enfermedades genéticas de forma permanente, conllevan mucho menos riesgo de causar mutaciones catastróficas, y siguen siendo útiles en montones de enfermedades que requieren una solución temporal (como la vacunación, por citar un ejemplo). Y, por supuesto, no está de más que impliquen un tratamiento crónico, el modelo de negocio favorito de las farmacéuticas.

Los ensayos clínicos de terapias génicas mediadas por AV proliferaron en la década de 1990. Se formaron multitud de empresas en base a la promesa de curar la fibrosis quística, la hemofilia, la distrofia muscular, los trastornos metabólicos, lo que sea; se invirtieron miles de millones de dólares. El mundo se preparó para acabar con las enfermedades hereditarias para siempre. Y, naturalmente, el ‘boom’ de la terapia génica de los 90 curó las enfermedades hereditarias más o menos tanto como el auge de los conciertos benéficos de los años 80 acabó con el hambre mundial.

Figura 2: contra toda lógica, el Live Aid no acabó con la hambruna en África

En 1999, la Universidad de Pensilvania llevó a cabo un ensayo clínico de terapia génica para la deficiencia de ornitina transcarbamilasa, un trastorno metabólico que afecta al hígado. Uno de los participantes, Jesse Gelsinger, recibió una dosis sistémica alta del vector (3,8×10 ¹³ partículas virales); casi de inmediato, desarrolló una grave respuesta inflamatoria y, en 4 días, el voluntario de 18 años había muerto.

El sistema inmunitario no interpretó esos 38 billones de virus como una cura, sino como una infección masiva, y la respuesta fue una catastrófica tormenta de citoquinas y un fallo multiorgánico.

¿Pero qué mató a Jesse, realmente? La historia quizá se entienda mejor desde el punto de vista de su padre, Paul Gelsinger. Al principio apoyó al equipo científico, incluso al enterarse de que habían ocultado las muertes de varios monos en ensayos preclínicos. Pero luego descubrió que James Wilson, el científico que lideraba el ensayo, también tenía una participación significativa (hasta un 30%) en Genovo, la empresa biotecnológica que financiaba el ensayo y que poseía los derechos de comercialización del vector adenovírico.

Jesse, concluyó Paul, no murió tanto por una mala ciencia como por “un sistema y una gente plagados de conflictos de interés“. Su relato de la historia es una conmovedora lección de sabiduría y compostura: https://www.circare.org/submit/jintent.pdf.

Figura 3: Paul Gelsinger, padre de Jesse, en una audiencia en el Senado en 2002

 “El documento de consentimiento informado no describía adecuadamente los riesgos observados en estudios previos con animales ni en sujetos previos inscritos en el ensayo”, decía la carta de la FDA que paralizó el ensayo. De hecho, los investigadores de la FDA descubrieron que más gente había muerto en ensayos anteriores y que menos del 4% de los efectos adversos se reportaban a las autoridades. Y, sin embargo, Wilson siguió adelante (con su reputación dañada, claro), y acabó haciendo caja – según se dice, Genovo le reportó eventualmente 13,5 millones de dólares. Así que sí, la justicia fue laxa.

La muerte de Jesse Gelsinger supuso un punto de inflexión para los ensayos clínicos, y después de 1999 se introdujeron o reforzaron controles como la notificación obligatoria de eventos adversos graves, juntas independientes de supervisión de datos y seguridad, declaraciones de conflicto de intereses y penas de cárcel por incumplimientos.

Pero volviendo a la ciencia, la muerte de Jesse también mostró una cosa: las dosis de adenovirus necesarias para curar una enfermedad también generaban reacciones inmunitarias exorbitantes. Claramente, el adenovirus era ruidoso e inflamatorio, y los investigadores empezaron a buscar algo más tranquilo.

Armas

Introducir la cantidad adecuada de ADN externo en tejidos humanos con suficiente precisión, y sin generar una respuesta inmune dañina, requiere, como acabamos de ver, una hazaña de la bioingeniería. Así las cosas, es natural que los estadounidenses aplicasen el mismo enfoque sutil y sofisticado que aplican a tantos otros problemas complejos: pegarle un tiro.

Entre 1983 y 1986, John, Ed y Nelson, en la Universidad de Cornell, junto con su amigo Ted de la empresa química DuPont, adaptaron una pistola de aire Crosman para que disparase partículas de tungsteno recubiertas con marcadores genéticos, con la idea de que el ADN entrara en la célula y fuera adoptado de alguna manera por ella, un poco como un perrito abandonado.

¿Paletos científicos divirtiéndose con pistolas? Puede parecerlo, pero no. De hecho, la Pistola Genética es una forma sorprendentemente fiable de modificar el ADN de seres vivos… siempre que aceptes una tasa de muerte celular del 20-50% y elimines a los mutantes no deseados. Clínicamente, eso estaría al nivel de los experimentos del Dr. Mengele, así que la pistola genética solo se ha usado en plantas (a nadie le importan los sentimientos de las plantas).

El primer disparo de la primera pistola genética fue, de hecho, a una cebolla.

Y la pistola genética, que funciona muy bien, tuvo su época dorada: se utilizó para crear los primeros cultivos viables genéticamente modificados (“GM”), y su uso por empresas como Monsanto es considerado el culpable, o el arquitecto (como prefieras), del ‘boom’ del maíz transgénico en todo el mundo.

Discreción

El virus adenoasociado — AAV — nunca interesó demasiado a los biólogos; no causa enfermedades en humanos, requiere virus auxiliares para replicarse, y lleva cargas genéticas muy pequeñas. Pero precisamente por esas razones, no causan el alboroto inmunitario de los adenovirus: inflamación, células del huésped reventadas, replicación de proteínas virales junto con el ADN terapéutico… los AAV son más discretos y delicados, y el sistema inmunitario es mucho más tolerante con ellos.

Tras la muerte de Jesse Gelsinger, esas cualidades eran un tesoro.

Figura 4: portadores virales más comunes en la terapia de reemplazo génico

Y aunque es cierto que los AAV no pueden transportar grandes cargas genéticas (4,7 kb como máximo, insuficiente para transportar voluminosos supresores tumorales o constructos multigénicos), sí son perfectamente capaces de llevar cargas como el gen RPE65, la solución terapéutica para un tipo de ceguera congénita utilizada por el Luxturna de Roche. Y funcionan.

Así, hay una docena de terapias de reemplazo génico basadas en AAV en el mercado, que ya acumulan ventas de más de 10.000 millones de dólares; en cambio, no hay ninguna terapia de reemplazo génico con adenovirus que haya tenido éxito comercial.

Cáncer

Los retrovirus reciben ese nombre porque escriben inversamente su propio ADN en los cromosomas de la célula, integrándolo así en el genoma del huésped. El gen insertado pasa a formar parte del cromosoma, se copia cada vez que la célula se divide, y se transmite a las células hijas como si siempre hubiera estado allí.

Por supuesto, esto parece atractivo, pero en realidad puede ser una pesadilla biológica, ya que la probabilidad de insertar genes en lugares aleatorios es muy elevada, con resultados imprevisibles. Bueno, en realidad, con un resultado bastante previsible: cáncer.

Esto fue dolorosamente evidente en 2003, en un ensayo clínico en el que niños con inmunodeficiencia combinada severa (enfermedad del “chico burbuja”) recibieron células madre genéticamente corregidas. Sus sistemas inmunitarios empezaron a funcionar, y algunos salieron de sus burbujas, para alegría de todos… hasta que cinco niños desarrollaron leucemia (uno murió). La fiesta terminó de repente.

El culpable aquí no era un concepto erróneo, sino una arquitectura naif. Para asegurarse de que los genes corregidos se integrasen, se incluyeron en la terapia una serie de potentes potenciadores e interruptores genéticos. Pero, por puro azar, el vector se había integrado cerca de un proto-oncogén (LMO2), que se volvió sobreactivo. Estadísticamente, era inevitable: el gen corregido, con todas sus super-señales de activación, había acampado justo al lado de la guarida de un monstruo, y el monstruo había despertado.

Figura 5: la desafortunada activación del oncogen LMO2

Parece una tontería, visto en retrospectiva. Hoy sabemos que el genoma no es un campo vacío en el que se pueda plantar un gen al azar; es un paisaje denso, lleno de señales y demonios dormidos; si plantas tu promotor genético en el barrio equivocado, tendrás problemas.

Estas muertes frenaron de nuevo el desarrollo de la terapia génica, pero esta vez la comunidad científica solo tuvo que solucionar un problema científico. Se mejoraron el control y la precisión, para evitar que los genes se integrasen o se sobreexpresasen en cualquier lugar y de cualquier forma; se cambió el gamma-retrovirus por un pariente cercano (el lentivirus), y el martillo se convirtió en un bisturí.

Con estos cambios, las terapias génicas basadas en vehículos retrovirales se convirtieron en un éxito rotundo, con ventas acumuladas de miles de millones de dólares – incluyendo los tratamientos antitumorales CAR-T de los que tanto habéis oído hablar.

Falsificación

El ADN no tiene poder real hasta que se usa para construir algo. Y los cromosomas, en realidad, nunca se usan para construir cosas: son la copia maestra, y nunca salen del núcleo de la célula. Cuando una célula necesita construir algo, crea una copia exacta de ARNm (ARN mensajero) de los planos del ADN y envía la copia del ARNm fuera del núcleo hacia los centros de producción, los ribosomas.

Figura 6: Traducción de ADN vs. producción en taller

El concepto de terapia con ARNm es hermoso: en lugar de dar al cuerpo una copia del ADN correcto, lo que equivaldría a colocar una copia corregida del plano en el archivo central, se envía el ARNm corregido directamente a los ribosomas, para que construyan la proteína necesaria – un poco como enviar las órdenes de producción falsificadas directamente al taller.

Este concepto evita alterar el ADN del núcleo, que siempre será difícil y caótico. Además, enviar órdenes de producción falsificadas a la planta de fábrica es una forma inteligente de hacer que ese cambio sea temporal (y, por tanto, controlable), y mucho más seguro que arriesgarse a una mutación permanente.

Suena sencillo, pero no lo es. Las terapias con ARNm ya se postularon en los años 90, pero las moléculas son extremadamente inestables y el cuerpo está repleto de enzimas de degradación de material genético; el ARNm apenas dura unos minutos en el torrente sanguíneo. El ARNm también activa de forma natural los receptores inmunitarios, lo que provoca respuestas inflamatorias abruptas: al cuerpo no le gusta que el material genético ande suelto, ni siquiera el suyo propio.

La tozudez de Katalin Karikó y Drew Weissman en 2005 (que finalmente recibieron el Premio Nobel en 2023) resolvió todos estos problemas. El ARNm sintético moderno es más estable y menos inmunogénico gracias al uso de nucleótidos distintos (pseudouridina en lugar de uridina normal), y gracias a que se “disfraza” de ARNm normal, completo con cap 5’ sintético, UTRs 5’ y 3’ optimizadas, cola poli(A) larga, aire acondicionado, llantas de aleación… ¡todos los extras!

Por último, se encapsula en un vehículo portador; normalmente, una lipopartícula (una gota de grasa) que lo protege hasta su entrega en la planta de producción. La lipopartícula se dirige químicamente (otorgándole propiedades químicas que favorecen su acumulación en un tejido u otro) o recubriéndolo con moléculas o anticuerpos específicos que los unen a un receptor específico en un tipo concreto de célula.

El nombre ‘ARNm’ debió sonarte mucho cuando se convirtió en la base del medicamento más famoso del mundo: la vacuna contra el COVID, que utilizaba ARNm para hacer que las células produjeran fragmentos de antígenos del coronavirus, obligando así al cuerpo a desarrollar inmunidad contra el maldito bicho.

Arrogancia

Puede que los virus sean tontos, pobres, y no tengan contactos en el mundo de los negocios, y además ni siquiera estén técnicamente vivos, pero tiene una impresionante variedad de herramientas biológicas innatas (transcriptasa inversa, integrasa, RNasa H…) que les han permitido introducir sus genes en genomas ajenos durante 3.000 millones de años.

Los humanos solo llevan unos 50 años siendo capaces de eso, pero ya piensan que pueden hacerlo mejor – típica arrogancia humana. Pero, siendo un primate bastante ingenioso, efectivamente lo han hecho mejor, y ahora son capaces de reescribir cromosomas – desde genes enteros hasta bases individuales en su código. Como en los casos de la música country, la lasaña vegetariana o el holocausto nuclear, los humanos son, de hecho, el único organismo en el planeta capaz de hacerlo.

Tecnologías como CRISPR-Cas9, un ‘kit’ de herramientas bioquímicas capaces de abrir el ADN y modificar su contenido, han hecho que la edición del genoma sea fácil, precisa, barata y práctica para todos, o al menos para cualquier genetista. Si no lo eres, probablemente no deberías probarlo en casa con tu gato: aún no hemos llegado a ese punto.

CRISPR es lo suficientemente práctico como para poder meterlo en un lipopartícula y enviarlo al cuerpo para reparar genes defectuosos “in situ”; actualmente hay ensayos clínicos en marcha para varias enfermedades (angioedema hereditario, amiloidosis por transtiretina, hipercolesterolemia hereditaria…). Y dado que CRISPR reescribe los genes de la célula, los cambios se vuelven permanentes y son heredados por las células en división; por tanto, la cura es autorreplicante y más o menos permanente.

La terapia VERVE-01 contra la hipercolesterolemia es un ejemplo especialmente elegante de lo que puede ser la edición CRISPR. Cambiándo una sola ‘C’ por una ‘T’ en el gen PCSK9, se cambia una instrucción de ‘CAA’ (“Añadir glutamina”) a ‘TAA’ (“Stop”), truncando así la producción de proteínas y reduciendo la presencia del malvado colesterol LDL. ¡Hurra, CRISPR nos ha salvado!

Interferencia

Muchas enfermedades son causadas por la presencia de una proteína dañina (Huntington, anemia falciforme…), o por un exceso de alguna proteína (hipercolesterolemia, enfermedades inflamatorias autoinmunes). Estas pueden curarse eliminando el gen que codifica la proteína mediante edición genética (CRISPR), pero una forma muy inteligente de combatirlas es la terapia de interferencia con ARN, una de las líneas de terapia genética más maduras y prometedoras que existen.

Si el ARNm “falsifica” instrucciones de producción para hacer que las células construyan proteínas que normalmente no harían, el siRNA (“small interfering RNA”,  “ARN pequeño de interferencia”) hace casi lo contrario: bloquea la producción de un ARNm específico, impidiendo así la producción de esa proteína.

El siRNA interfiere con el proceso normal de construcción de proteínas saboteando copias de ARNm. Son fragmentos cortos de ARN (no más de 21 bases de longitud), capaces de unirse de manera selectiva a una secuencia de ARNm concreta. Se introducen en la célula, donde se unen específicamente a cualquier ARNm con la mutación buscada, lo señalan como “erróneo” y llaman a la maquinaria destructora de ARNm del propio cuerpo (un complejo protéico llamado RISC) para que lo destruya.

Figura 7: una imagen microscópica del interior de una célula sometida a terapia de siRNA

Por supuesto, el siRNA no funcionó a la primera. Al igual que el ARNm, requirió 20 años de reingeniería para ser útil: modificaciones de 2′-O-metil y 2′-fluoro, ajustes con fosforotioato, conjugación de GaINAc… todo el rollo. De hecho, uno de los principales desafíos del siRNA es dirigirlo a su destino – al tejido relevante para la enfermedad. Durante muchos años, la medicina genética ha recurrido a enfoques con la precisión metafórica de un sextante (si no eres marinero, búscalo en Google) para guiar el siRNA hacia células específicas; hoy en día, la tecnología ya permite algo más parecido a la precisión de un GPS, lo que permite una administración verdaderamente dirigida, y una efectividad sorprendente.

Así, los sistemas siRNA modernos son controlables, seguros y eficaces, y, por tanto, un rotundo éxito comercial. Desde que Onpattro (un tratamiento para la amiloidosis) fue aprobado en 2018, han llegado al mercado otras 4 terapias, con ventas combinadas en 2024 de casi 2.500 millones de dólares: Givlaari, Oxlumo, Leqvio y Amvuttra (sí, aparentemente es obligatorio darles nombre de hechizo de Harry Potter).

Hay más en camino, incluyendo la francesa Oragen Therapeutics, que está desarrollando la nueva generación de tratamientos para la inflamación intestinal (enfermedad de Crohn). Al publicarse este artículo, la inversión está abierta en la plataforma Capital Cell, y es un ejemplo claro de lo sofisticadas, seguras y efectivas que se han vuelto las terapias con siRNA (échale un vistazo, es bastante impresionante -> https://capitalcell.com/en/campaign/oragen/).

Aviso legal

La historia de la medicina genética es, naturalmente, mucho más compleja. La genética está desbloqueando avances que cambian el mundo en diagnóstico, investigación criminal, longevidad, reproducción, agricultura, e incluso sirven para que los consumidores estadounidenses sepan su porcentaje de ascendencia escocesa o su predisposición a casarse con un Sagitario.

Este breve texto cubre solo una parte de las sucesivas ondas tecnológicas que intentan a curar a los humanos usando sus genes. Y está muy, muy lejos de ser completo; aquí no hay nada sobre plásmidos, bacteriófagos, zinc-nucleasas, CAR-T autólogos, electroporación, edición Prime o TALENs. Si realmente quieres comprender el enorme abanico de avances tecnológicos que está abriendo nuestra comprensión del ADN, tienes que leer más.

Y de alguien que realmente sepa el tema, preferiblemente.