El trasplante de médula ósea y la terapia génica como tratamiento de las leucodistrofias

En este artículo primero se expondrán los procedimientos de trasplante de médula ósea y de terapia génica, antes de describir las aplicaciones y los resultados obtenidos en las leucodistrofias.

El objetivo de la operación de trasplante de médula ósea es reemplazar las células de la médula ósea y sangre de un paciente enfermo por las de una persona sana. El objetivo de la terapia génica consiste en reparar las células enfermas de un paciente introduciendo una versión normal del gen implicado en la enfermedad. Existe la posibilidad de reparar un gen en el sentido verdadero del término (en concreto con la técnica CRISPR/caso9), pero aún no se utiliza en clínica.

El trasplante de médula ósea

El trasplante de médula ósea "alogénico", es decir, procedentes de un donante, consiste en sustituir las células deficientes de la médula ósea de una persona enferma por las de un donante sano.

La médula ósea y las células progenitoras hematopoyéticas.

La médula ósea es un órgano difuso situado dentro de los huesos. Es una especie de fábrica en la que se producen miles de millones de elementos celulares de la sangre que allí nacen y se multiplican. Tres grandes familias de células circulan en sangre: los glóbulos rojos, responsables del transporte de oxígeno; los glóbulos blancos (polinucleares, linfocitos y monocitos), que garantizan la defensa contra las infecciones; y las plaquetas, encargadas de prevenir las hemorragias activando la coagulación.

La médula ósea produce estos elementos a partir de células especiales llamadas células progenitoras hematopoyéticas. Estas células, denominadas indiferenciadas, son como un modelo que puede utilizarse para fabricar lo que el organismo necesite. Estas células son capaces de multiplicarse y diferenciarse en glóbulos rojos, glóbulos blancos o plaquetas. Los glóbulos rojos y las plaquetas tienen una vida media relativamente larga (120 días los glóbulos rojos y 10 días las plaquetas). Los polinucleares y monocitos, en cambio, tienen una vida media más corta y se renuevan rápidamente. En caso de necesidad, la reserva se moviliza y la fabricación de las células se intensifica. La médula ósea es indispensable para la vida.

Las distintas etapas

Las diferentes fuentes de células progenitoras hematopoyéticas: las células madre están presentes en la médula, la sangre periférica o el cordón umbilical del recién nacido, que también se denomina sangre placentaria.
La selección del donante: el donante puede ser un hermano o una hermana con un sistema de compatibilidad tisular idéntico (sistema HLA). Puede tratarse de un donante no emparentado y anónimo de los registros nacionales e internacionales. Las posibilidades actuales, teniendo en cuenta la existencia de 13 millones de donantes en el mundo, son de un 40-50% para encontrar un donante compatible para un paciente en espera de trasplante. También existen registros de sangre de cordón que aumentan la probabilidad de encontrar un donante compatible con al menos un 80%.
El muestreo del donante: en caso de una donación de médula ósea , el muestreo se realiza extrayendo los huesos de las crestas ilíacas (huesos de la cuenca) del donante con anestesia general, para retirar una cantidad de células suficiente para una recuperación normal de la médula del receptor posteriores al trasplante. La cantidad necesaria es de 10 ml/kg de peso del receptor.
Cuando el muestreo se efectúe a partir de las células de sangre periférica, es necesario utilizar un medicamento (factor de crecimiento hematopoyético) para obtener una salida de células madre de la médula ósea en la sangre periférica, o podrán recogerse por citaféresis separadas posteriormente. La citaféresis se basa en el principio de que las células sanguíneas no tienen el mismo peso y podrán separarse por centrifugación. El tratamiento previo por un factor de crecimiento puede provocar en el donante dolor de huesos y de cabeza que desparecerá en cuanto se interrumpa el tratamiento.
La sangre placentaria es la sangre del recién nacido. De manera natural, la sangre de los recién nacidos contiene una gran cantidad de células madre hematopoyéticas. Sin embargo, una parte de la sangre del recién nacido (lado de la placenta) que no servirá para el recién nacido, podrá extraerse justo después del nacimiento del niño y servir como injerto de células madre hematopoyéticas. La sangre placentaria es un injerto más tolerante que un injerto de médula ósea. De esta forma se pueden utilizar injertos de sangre placentaria que no sean totalmente idénticos de HLA para el enfermo. Esto es muy importante, ya que vamos a poder injertar a los pacientes que necesitan un trasplante, pero que no cuentan con un donante HLA idéntico ni en su hermanos, ni en los registros de voluntarios para la donación de médula ósea. La dificultad de este tipo de trasplante es la cantidad relativamente pequeña de células inyectadas que explica los tiempos de aplasia más largos y la indicación inicial para los niños pequeños. Se están ideando soluciones ya sea manipulando el injerto, o utilizando 2 injertos.

El acondicionamiento del receptor: antes de que el paciente pueda recibir las células del donante, las células medulares enfermas del paciente deben destruirse por medio de quimioterapia. Las reacciones adversas son trastornos digestivos (náuseas, vómitos, diarrea), úlceras de la cavidad bucal y una pérdida transitoria del cabello. Tratamientos para prevenir y tratar estos efectos.

El paso del injerto consiste en una simple transfusión de células madre para el receptor. Las células inyectadas circularán y luego entrarán en la médula ósea. Las dos semanas posteriores a esta infusión son delicadas, porque el paciente ha dejado de tener células madre y no puede fabricar las células de la sangre, especialmente los nuevos glóbulos blancos necesarios para defenderse contra las infecciones, y las plaquetas necesarias para evitar las hemorragias; todo ello hasta que las células madre extraídas del donante se reproduzcan. Las precauciones de asepsia (cámara estéril) son indispensables. Es un momento difícil físicamente, porque el enfermo está cansado, y psicológicamente, porque la espera es larga y angustiosa.

Las complicaciones.

Como sucede después de todo injerto, incluso con un donante compatible, existen riesgos de rechazo. Las células inmunitarias del paciente que permanecen en los órganos, sobre todo en los linfocitos, pueden atacar al injerto (rechazo), y las células del injerto pueden atacar al paciente (enfermedad injerto contra huésped). Estas complicaciones pueden conducir a la muerte.

Por todas estas razones, el desarrollo de tratamientos alternativos al trasplante de médula ósea es deseable. En este sentido, si es posible la terapia génica, puede ser una alternativa interesante. Utilizando las propias células del paciente, se evita el riesgo de rechazo y de enfermedad injerto contra huésped.

Los resultados de los ensayos clínicos en el trasplante de médula aplicada a las leucodistrofias

Entre 1999 y 2011, se publicaron 152 estudios en todo el mundo, los cuales describen las pruebas de trasplante de médula en 689 pacientes con leucodistrofia (adrenoleucodistrofia, leucodistrofia metacromática y leucodistrofia de Krabbe).
Los resultados indican un beneficio de la operación de trasplante de médula en pacientes con pocos o ningún síntoma. Un estudio retrospectivo de 2007 muestra que la supervivencia en 5 años de los pacientes con adrenoleucodistrofia cerebral que recibieron un trasplante de médula es de cerca del 95%, frente a sólo un 54% en los pacientes que no han sido injertados. Cinco años después, los síntomas son estables en el 53% de los pacientes injertados, con sólo un 6% en pacientes sin injertar.
Sin embargo, el tratamiento no es beneficioso para los pacientes que ya hayan desarrollado los síntomas más importantes. Se recomienda el trasplante de médula para los pacientes con pocos síntomas o ninguno, y para los que haya donante disponible.

La terapia génica

Algunos conceptos técnicos
La terapia génica supone la reparación de células enfermas de un paciente. Para reparar las células, hay dos métodos posibles.
1- extraer las células progenitoras hematopoyéticas del paciente: se reparan en el laboratorio añadiendo una copia en buen estado del gen responsable de la enfermedad y reinyectando las células corregidas en los pacientes, después de haber efectuado la misma quimioterapia para un trasplante de médula ósea con un donante. Esto se denomina terapia génica ex-vivo basada en el trasplante de células progenitoras hematopoyéticas.
2- se inyecta un vector vírico (lo más común en la actualidad es un AAV, un pequeño virus de ADN no patógeno) directamente en la sangre o el cerebro del paciente, que va a penetrar en las células enfermas del cerebro y a reparar esas células añadiendo una versión normal del gen en cuestión. Esto se denomina terapia génica in-vivo.

Los vectores de terapia génica

Son virus. No se han encontrado mejores por el momento. Se utiliza su capacidad de "infectar" (entrar) las células con material genético. Pero se sustituye el material genético del virus por el gen de la enfermedad a tratar. Estos virus no pueden multiplicarse y extenderse. Se denominan "no infecciosos". Hoy en día existen dos tipos principales de vectores virales de terapia génica utilizados. Los vectores lentivirales, utilizados para la terapia génica de células progenitoras hematopoyéticas, que permiten colocar el gen terapéutico en los cromosomas, en medio de los demás genes. Los vectores AAV, que permiten colocar el gen terapéutico en forma de anillo de ADN (como en el caso del material genético de las bacterias) en el núcleo de las células. En el primer caso, el gen terapéutico se transmitirá a todas las células hijas de las células corregidas, si se dividen, y a todas las células que se deriven. En el segundo caso, el gen terapéutico no se envía al 50% de las células hijas, y si las células corregidas se dividen demasiado, el gen terapéutico terminará por perderse.

La aplicación de las leucodistrofias

La terapia génica de las células progenitoras hematopoyéticas está limitada a tres leucodistrofias: la adrenoleucodistrofia (ALD), la leucodistrofia metacromática (MLD) y puede que la leucodistrofia de Krabbe. Después del trasplante de células progenitoras hematopoyéticas y de la reposición de la médula ósea, se dirigirá una subpoblación de células especializadas hacia el cerebro que se convertirá en células llamadas microgliales. En el caso de la leucodistrofia metacromática y leucodistrofia de Krabbe, las células microgliales van a producir la enzima lisosomal normal (ARSA en la leucodistrofia metacromática y GALC en la leucodistrofia de Krabbe). La enzima producida podrá volver a captarse por otras células no corregidas, los oligodendrocitos. La adrenoleucodistrofia no se debe al déficit de una enzima, sino al de una proteína que permanece en las células y contribuye a la degradación de los ácidos grasos con cadena muy larga. En la adrenoleucodistrofia, el trasplante de células progenitoras hematopoyéticas con un donante o la terapia génica de células progenitoras hematopoyéticas solo repara las células microgliales del cerebro, no los oligodendrocitos. Sin embargo, es suficiente para detener el proceso desmielinizante cerebral.
Para todas las demás leucodistrofias es necesario colocar el gen terapéutico directamente en las células del cerebro: oligodendrocitos, astrocitos, o ambos. Se necesita un vector de terapia génica que sea capaz de penetrar en estas células, y que el vector se inyecte directamente en el cerebro o por vía intravenosa. Para algunas formas de leucodistrofia (enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher por duplicaciones del gen PLP, enfermedad de Alexander por mutaciones del gen GFAP que da una nueva función a las células enfermas), no se debe realizar una copia del gen normal, sino introducir material genético (normalmente derivado de un ARN) que pueda disminuir la expresión del gen mutado.

La elección de los vectores y el modo de administración

La elección de los vectores utilizados para llevar el gen medicamento depende del tipo de célula que se quiera corregir y, por lo tanto, del tipo de leucodistrofia. En el caso de la terapia génica de células madre de médula ósea, no queda más remedio que utilizar un lentivirus. Pero este pone el gen terapéutico en cualquier parte de los cromosomas, en cualquier parte de otros genes. Por tanto, existe un riesgo de alterar el ciclo normal de crecimiento de las células de la médula ósea e inducir leucemia con otros factores añadidos. No se ha observada ninguna complicación de este tipo hasta ahora en los más de 30 pacientes tratados. El portador deberá ser capaz de transportar un gen terapéutico de gran tamaño, si el gen de la enfermedad es grande. Es el caso de los lentivirus, pero no de los vectores AAV. Cuando se administra por vía intravenosa, el vector de terapia génica deberá poder pasar la barrera hematoencefálica para llegar en el cerebro. Es el caso de algunos tipos de AAV (no todos los AAV), y los lentivirus no pasan o pasan muy mal la barrera hematoencefálica. El vector puede inyectarse directamente en el cerebro o incluso en el líquido cefalorraquídeo (como en una punción lumbar). Pero la difusión de los vectores a partir de los sitios de inyección o de penetración en el tejido cerebral es débil, lo que requiere inyecciones intracerebrales múltiples. Esto aumenta el riesgo de provocar un hematoma intracerebral. Para las inyecciones intravenosas y por vía intratecal (en el líquido cefalorraquídeo), es preciso determinar la cantidad de virus a inyectar, y verificar que el virus no es tóxico para los demás órganos, ya que está obligado a aportar gran cantidad de virus.

La barrera hematoencefálica
 

Dado que es tan importante para el funcionamiento del cuerpo en su conjunto, el cerebro está bien protegido. Está bañado en un líquido y encapsulado en el cráneo. El contacto entre la sangre y las células es estrecho en todos los órganos. Pero el cerebro es una excepción. Existe una barrera que controla las entradas y salidas como si fuera un puesto aduanero: es la barrera hematoencefálica, constituida por las células de los vasos cerebrales, astrocitos, y las células especializadas, llamadas pericitos. Y aunque esté ahí para proteger el cerebro, esta barrera también limita el acceso a tratamientos elaborados por los médicos.
En el caso de la terapia génica intravenosa aplicada a las leucodistrofias, el paso de la barrera hematoencefálica representa un reto importante. Los investigadores trabajan para cambiar la dotación de los virus para que puedan pasar la barrera hematoencefálica.

Los resultados de los ensayos clínicos de la terapia génica aplicada a las leucodistrofias

Un total de 42 niños (21 ALD, 20 de MLD, 13 leucodistrofias de Canavan) participó en los ensayos clínicos de terapia génica.
•    En la adrenoleucodistrofia (ALD)
Los primeros ensayos de terapia génica contra la adrenoleucodistrofia, financiados en gran medida por ELA, se realizaron por parte del equipo del Pr. Aubourg en cuatro pacientes que sufren de adrenoleucodistrofia con lesiones cerebrales que no contaban con un donante compatible. Estos demostraron que la terapia era factible y bien tolerada. Por primera vez en la historia, las células progenitoras hematopoyéticas extraídas de pacientes aquejados de adrenoleucodistrofia cerebral se modificaron ex-vivo para corregir el defecto genético en el origen de la enfermedad, antes de ser reinyectadas en los pacientes. Gracias a este enfoque innovador para terapia génica se pudo detener el avance de la enfermedad 14-16 meses después de la inyección en 3 de cada 4 pacientes tratados con resultados similares en términos de eficacia al trasplante de médula ósea de células progenitoras hematopoyéticas.
Este tratamiento con terapia génica se encuentra actualmente en ensayo (Fase II/III) en otros 17 pacientes y va a ampliarse a más niños. Como en el trasplante de células progenitoras hematopoyéticas con donante, no se puede proponer a los pacientes con adrenoleucodistrofia que no presenten síntomas avanzados de la forma cerebral de la enfermedad, ni cuando un hermano o una hermana no sea compatible para permitir un trasplante de médula.
•    En la leucodistrofia metacromática (MLD)
Los ensayos clínicos de terapia génica se realizaron por parte del equipo del Dr. Biffi en Italia en 20 pacientes con leucodistrofia metacromática. Estos ensayos han demostrado que el tratamiento fue bien tolerado por los pacientes. Asimismo, los primeros resultados indican que es posible el beneficio clínico en pacientes tratados en la fase presintomática, varios meses antes de que aparezcan los primeros síntomas motores. No se observa claramente una eficacia en pacientes con síntomas, como por ejemplo, después de un trasplante de células progenitoras hematopoyéticas. Esto puede deberse a que la enfermedad avance demasiado deprisa y necesite al menos 12 meses antes de que se obtenga un número suficiente de células microgliales corregidas para tener un efecto clínico.
•    En la leucodistrofia de Canavan
No se ha obtenido ningún beneficio terapéutico claro. Sin embargo, cabe decir que este ensayo antiguo se realizó con un tipo de vector AAV poco productivo que ha dejado de utilizarse y que los pacientes tratados tenían una forma muy avanzada de su enfermedad

Conclusiones

Con más de veinticinco años de experiencia, los resultados indican un beneficio para el trasplante de médula en los pacientes afectados con adrenoleucodistrofia, entre los niños afectados de forma tardía con leucodistrofia metacromática (formas llamadas "juveniles") y la leucodistrofia de Krabbe cuando se realice el trasplante al nacer para las formas precoces o en las formas de aparición tardía de la enfermedad. En todos los casos, los resultados muestran que el trasplante no tiene efecto en niños con síntomas evidentes de la enfermedad. Solo funciona en el comienzo de la enfermedad, sobre todo cuando los pacientes aún no muestran síntomas.

Perspectivas

Los ensayos de terapia génica realizados en pacientes afectados con adrenoleucodistrofia y leucodistrofia metacromática son realmente esperanzadores. Sin embargo, estos tratamientos no son para los niños tratados en el inicio de la enfermedad o sin síntomas. Se está realizando un ensayo de terapia génica, financiado por ELA y basado en la inyección intracerebral de vector AAV, en la leucodistrofia metacromática (Pr. Aubourg). En cuanto la leucodistrofia de Krabbe, los estudios se encuentran aún en fase preclínica, con ratones, perros y monos. Para todas las demás leucodistrofias deberá desarrollarse una estrategia específica de terapia génica. No todas las leucodistrofias son tratables con terapia génica.

Los primeros pasos hacia la terapia génica en el tratamiento de las leucodistrofias se pusieron en práctica en gran parte gracias a las donaciones a ELA para apoyar la investigación contra las leucodistrofias.