Se está estudiando la terapia génica para algunas formas de epilepsia . [1] Se basa en vectores virales o no virales para administrar ADN o ARN a las áreas del cerebro donde surgen las convulsiones, con el fin de prevenir el desarrollo de epilepsia o reducir la frecuencia y/o gravedad de las convulsiones . La terapia génica ha arrojado resultados prometedores en ensayos clínicos en fase inicial para otros trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson , [2] lo que aumenta la esperanza de que se convierta en un tratamiento para la epilepsia intratable .
La epilepsia se refiere a un grupo de trastornos neurológicos crónicos que se caracterizan por convulsiones y que afectan a más de 50 millones de personas, o entre el 0,4% y el 1% de la población mundial. [3] [4] Existe una comprensión básica de la fisiopatología de la epilepsia, especialmente de las formas caracterizadas por la aparición de convulsiones en un área específica del cerebro ( epilepsia de inicio parcial ). Aunque la mayoría de los pacientes responden a la medicación, aproximadamente entre el 20% y el 30% no mejoran con los fármacos antiepilépticos o no los toleran . [5] [6] Para estos pacientes, la cirugía para extirpar la zona epileptogénica se puede ofrecer a una pequeña minoría, pero no es factible si las convulsiones surgen de áreas del cerebro que son esenciales para el lenguaje, la visión, el movimiento u otras funciones. Como resultado, muchas personas con epilepsia se quedan sin opciones de tratamiento a considerar y, por lo tanto, existe una gran necesidad de desarrollar métodos innovadores para tratar la epilepsia. [ cita necesaria ]
Mediante el uso de transferencia de genes de vectores virales, con el propósito de entregar ADN o ARN a la zona epileptogénica, varios neuropéptidos , canales iónicos y receptores de neurotransmisores han mostrado potencial como transgenes para el tratamiento de la epilepsia. Entre los vectores se encuentran los vectores de adenovirus y virus adenoasociados (AAV), que tienen propiedades de transducción alta y eficiente, facilidad de producción en grandes volúmenes, una amplia gama de huéspedes y expresión genética extendida. [7] Los vectores lentivirales también se han mostrado prometedores.
Entre los desafíos para la traducción clínica de la terapia génica se encuentran las posibles respuestas inmunes a los vectores virales y transgenes y la posibilidad de mutagénesis por inserción , que puede ser perjudicial para la seguridad del paciente. [8] Pasar del volumen necesario para los ensayos con animales al necesario para una transfección humana efectiva es un área de dificultad, aunque se ha superado en otras enfermedades. Con su tamaño de menos de 20 nm, el AAV soluciona en parte estos problemas, permitiendo su paso a través del espacio extracelular, lo que lleva a una transfección generalizada. Aunque los lentivectores pueden integrarse en el genoma del huésped, esto puede no representar un riesgo para el tratamiento de enfermedades neurológicas porque las neuronas adultas no se dividen y, por lo tanto, son menos propensas a la mutagénesis por inserción [ cita necesaria ]
Al encontrar un método para tratar la epilepsia, se considera la fisiopatología de la epilepsia. Como las convulsiones que caracterizan a la epilepsia suelen ser el resultado de descargas excesivas y sincrónicas de neuronas excitadoras, el objetivo lógico del tratamiento con terapia génica es reducir la excitación o mejorar la inhibición. Fuera de los enfoques virales, los transgenes de neuropéptidos que se están investigando son la somatostatina, la galanina y el neuropéptido Y (NPY). Sin embargo, la adenosina y el ácido gamma-aminobutírico (GABA) y los receptores GABA también están ganando más impulso. Otros transgenes que se están estudiando son los canales de potasio y las herramientas para la supresión de la excitabilidad bajo demanda ( optogenética y quimiogenética ). [ cita necesaria ]
La adenosina es un nucleósido inhibidor que también funciona como neuromodulador , ayudando en la modulación de la función cerebral. Tiene propiedades antiinflamatorias, además de propiedades neuroprotectoras y antiepilépticas. [6] La teoría más frecuente es que tras una lesión cerebral hay un aumento de la expresión de la adenosina quinasa (ADK). El aumento de la adenosina quinasa da como resultado un aumento de la tasa metabólica de los nucleósidos de adenosina. Debido a la disminución de estos nucleósidos que poseen propiedades antiepilépticas y a la sobreexpresión de la ADK, se desencadenan convulsiones que potencialmente resultan en el desarrollo de epileptogénesis . [7] Los estudios han demostrado que la sobreexpresión de ADK es el resultado de la astrogliosis después de una lesión cerebral, lo que puede conducir al desarrollo de epileptogénesis. Si bien la sobreexpresión de ADK conduce a una mayor susceptibilidad a las convulsiones, los efectos pueden contrarrestarse y moderarse con la adenosina. [9] Basándose en las propiedades que ofrece la adenosina para prevenir las convulsiones, además de su aprobación por la FDA para el tratamiento de otras dolencias como la taquicardia y el dolor crónico, la adenosina es un objetivo ideal para el desarrollo de terapias génicas antiepilépticas. [10]
La galanina , que se encuentra principalmente en el sistema nervioso central ( sistema límbico , corteza piriforme y amígdala), desempeña un papel en la reducción de la potenciación a largo plazo (LTP), regulando los hábitos de consumo e inhibiendo la actividad convulsiva. [11] Introducida en la década de 1990 por Mazarati et al., Se ha demostrado que la galanina tiene propiedades neuroprotectoras e inhibidoras. Mediante el uso de ratones con deficiencia de receptores GalR1, se utilizó un modelo activado por picrotoxina para demostrar que la galanina desempeña un papel en la modulación y prevención de la pérdida de células hiliares, así como en la disminución de la duración de las convulsiones inducidas. [12] Los estudios realizados confirman estos hallazgos de prevención de la pérdida de células ciliadas hiliares, disminución del número y duración de las convulsiones inducidas, aumento del umbral de estimulación necesario para inducir las convulsiones y supresión de la liberación de glutamato que aumentaría la susceptibilidad a la actividad convulsiva. [6] [11] [13] La expresión de galanina se puede utilizar para moderar y reducir significativamente la actividad convulsiva y limitar la muerte de las células convulsivas. [11]
El neuropéptido Y (NPY), que se encuentra en el sistema nervioso autónomo , ayuda a modular el hipotálamo y, por tanto, los hábitos de consumo. [6] Se han realizado experimentos para determinar el efecto del NPY en modelos animales antes y después de las convulsiones inducidas. [6] [14] Para evaluar el efecto antes de las convulsiones, un estudio insertó vectores 8 semanas antes del encendido , lo que muestra un aumento en el umbral de convulsiones. Para evaluar los efectos después de la epileptogénesis , los vectores se inyectaron en el hipocampo de ratas después de inducir las convulsiones. Esto resultó en una reducción de la actividad convulsiva. Estos estudios establecieron que el NPY aumentó el umbral de convulsiones en ratas, detuvo la progresión de la enfermedad y redujo la duración de las convulsiones. [6] [14] Después de examinar los efectos del NPY en las respuestas fisiológicas y de comportamiento, se descubrió que no tenía ningún efecto sobre la LTP, el aprendizaje o la memoria. [14] La FDA está revisando un protocolo para la transferencia del gen NPY. [13]
La somatostatina es un neuropéptido y neuromodulador que desempeña un papel en la regulación de las hormonas y ayuda en el sueño y la actividad motora. Se encuentra principalmente en interneuronas que modulan las tasas de activación de las células piramidales principalmente a nivel local. Inhiben de forma anticipada las células piramidales. En una serie de estudios en los que la somatostatina se expresó en un modelo de encendido de roedores , se concluyó que la somatostatina daba como resultado una duración promedio reducida de las convulsiones, lo que aumentaba su potencial como fármaco anticonvulsivo. [15] La teoría sobre la utilización de somatostatina es que si se eliminan las células piramidales, entonces se pierde la retroalimentación, también conocida como inhibición. Las interneuronas que contienen somatostatina transportan el neurotransmisor GABA, que hiperpolariza principalmente las células, de donde se deriva la teoría de la retroalimentación. La esperanza de la terapia génica es que al sobreexpresar la somatostatina en células específicas y aumentar el tono GABAérgico, sea posible restablecer el equilibrio entre inhibición y excitación. [6] [14]
Kv1.1 es un canal de potasio dependiente de voltaje codificado por el gen KCNA1 . Se expresa ampliamente en el cerebro y los nervios periféricos y desempeña un papel en el control de la excitabilidad de las neuronas y la cantidad de neurotransmisor liberado desde las terminales de los axones. Se ha informado de una terapia génica exitosa mediante la administración lentiviral de KCNA1 en un modelo de roedor de epilepsia focal de la corteza motora . [16] El tratamiento fue bien tolerado y no se detectó ningún efecto sobre la coordinación sensoriomotora. También se ha demostrado que la terapia génica con un canal de potasio modificado administrado mediante un lentivector no integrador que evita el riesgo de mutagénesis por inserción o un AAV es eficaz en otros modelos de epilepsia. [17]
Un obstáculo potencial para la traducción clínica de la terapia génica es que la manipulación de la estructura genética de las neuronas mediada por vectores virales es irreversible. Un enfoque alternativo es utilizar herramientas para la supresión bajo demanda de la excitabilidad neuronal y de circuitos. El primero de estos enfoques fue utilizar la optogenética . Varios laboratorios han demostrado que la proteína inhibidora sensible a la luz halorhodopsina puede suprimir descargas similares a convulsiones in vitro, así como la actividad epiléptica in vivo. [18] [19] [20] [21] Un inconveniente de la optogenética es que la luz debe llegar al área del cerebro que expresa la opsina . Esto se puede lograr con fibra óptica acoplada a láser o diodos emisores de luz, pero son invasivos. [ cita necesaria ]
Un enfoque alternativo para el control bajo demanda de la excitabilidad del circuito que no requiere el suministro de luz al cerebro es utilizar quimiogenética . Esto se basa en la expresión de un receptor mutado en el foco convulsivo, que no responde a neurotransmisores endógenos pero que puede activarse mediante un fármaco exógeno. Los receptores acoplados a proteína G mutados de esta manera se denominan receptores de diseño activados exclusivamente por fármacos de diseño (DREADD) . Se ha informado de éxito en el tratamiento de la epilepsia utilizando el inhibidor DREADD hM4D(Gi), que se deriva del receptor muscarínico M4 . [22] La expresión mediada por AAV de hM4D(Gi) en un modelo de epilepsia focal en roedores por sí sola no tuvo ningún efecto, pero cuando se activó con el fármaco N-óxido de clozapina suprimió las convulsiones. El tratamiento no tuvo efectos secundarios detectables y, en principio, es adecuado para su traducción clínica . La olanzapina ha sido identificada como un activador completo y potente de hM4D (Gi). [23] Una variante de 'circuito cerrado' de la quimiogenética para detener las convulsiones, que evita la necesidad de un ligando exógeno, se basa en un canal de cloruro activado por glutamato que inhibe las neuronas cada vez que aumenta la concentración extracelular del neurotransmisor excitador glutamato . [24]
Se ha tratado un modelo de ratón del síndrome de Dravet utilizando una variante de CRISPR que se basa en un ARN guía y una proteína Cas9 ( dCas9 ) muerta para reclutar activadores transcripcionales en la región promotora del gen del canal de sodio Scn1a en las interneuronas . [25]
La magnetofección se realiza mediante el uso de nanopartículas súper paramagnéticas de óxido de hierro recubiertas con polietilenimina . Las nanopartículas de óxido de hierro son ideales para aplicaciones biomédicas en el cuerpo debido a su naturaleza biodegradable, catiónica, no tóxica y aprobada por la FDA. En condiciones de transferencia genética, los receptores de interés se recubren con nanopartículas. Luego, los receptores se concentrarán y viajarán hasta el objetivo de interés. Una vez que la partícula se acopla, el ADN se entrega a la célula mediante pinocitosis o endocitosis . En el momento de la entrega, la temperatura aumenta ligeramente, lo que lisa la nanopartícula de óxido de hierro y libera el ADN. En general, la técnica es útil para combatir la acumulación lenta de vectores y la baja concentración de vectores en las áreas objetivo. La técnica también se puede personalizar según las propiedades físicas y bioquímicas de los receptores modificando las características de las nanopartículas de óxido de hierro. [26] [27]
El uso de la terapia génica en el tratamiento de trastornos neurológicos como la epilepsia se ha presentado como un área cada vez más viable de investigación en curso, siendo los objetivos principales la somatostatina , la galanina , el neuropéptido y , los canales de potasio , la optogenética y la quimiogenética para la epilepsia. A medida que el campo de la terapia génica continúa creciendo y muestra resultados prometedores para el tratamiento de la epilepsia, entre otras enfermedades, es necesario realizar más investigaciones para garantizar la seguridad del paciente, desarrollar métodos alternativos para la administración de ADN y encontrar métodos viables para aumentar los volúmenes de administración. [28] [29]