La terapia génica se está estudiando para algunas formas de epilepsia . [1] Se basa en vectores virales o no virales para administrar ADN o ARN a las áreas específicas del cerebro donde surgen las convulsiones, con el fin de prevenir el desarrollo de la epilepsia o reducir la frecuencia y/o gravedad de las convulsiones . La terapia génica ha arrojado resultados prometedores en ensayos clínicos en etapa temprana 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 un conocimiento básico de la fisiopatología de la epilepsia, especialmente de las formas caracterizadas por el inicio 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 mejora con los fármacos antiepilépticos o no los tolera . [5] [6] Para estos pacientes, se puede ofrecer cirugía para extirpar la zona epileptogénica en una pequeña minoría, pero no es factible si las convulsiones surgen de áreas cerebrales 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 requerida ]
Mediante el uso de la transferencia génica de vectores virales, con el propósito de entregar ADN o ARN a la zona epileptogénica, varios neuropéptidos , canales iónicos y receptores de neurotransmisores han demostrado potencial como transgenes para el tratamiento de la epilepsia. Entre los vectores se encuentran los adenovirus y los vectores de virus adenoasociados (AAV), que tienen las propiedades de transducción alta y eficiente, facilidad de producción en grandes volúmenes, una amplia gama de huéspedes y expresión génica extendida. [7] Los vectores lentivirales también han demostrado ser 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 insercional , que puede ser perjudicial para la seguridad del paciente. [8] Aumentar el volumen necesario para los ensayos 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, AAV en parte aborda estos problemas, permitiendo su paso a través del espacio extracelular, lo que conduce 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 insercional [ cita requerida ]
Para encontrar un método de tratamiento de la epilepsia, se tiene en cuenta la fisiopatología de la epilepsia. Como las convulsiones que caracterizan a la epilepsia suelen ser consecuencia de descargas excesivas y sincrónicas de neuronas excitadoras, el objetivo lógico del tratamiento con terapia génica es reducir la excitación o aumentar la inhibición. Entre los enfoques virales, los transgenes neuropeptídicos 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 a demanda ( optogenética y quimiogenética ). [ cita requerida ]
La adenosina es un nucleósido inhibidor que actúa como neuromodulador y ayuda a modular la función cerebral. Tiene propiedades antiinflamatorias, además de neuroprotectoras y antiepilépticas. [6] La teoría más extendida es que tras una lesión cerebral se produce un aumento de la expresión de la adenosina quinasa (ADK). El aumento de la adenosina quinasa provoca 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, lo que puede dar lugar al desarrollo de la epileptogénesis . [7] Los estudios han demostrado que la sobreexpresión de la ADK es consecuencia de la astrogliosis posterior a una lesión cerebral, lo que puede conducir al desarrollo de la epileptogénesis. Aunque la sobreexpresión de la ADK provoca una mayor susceptibilidad a las convulsiones, la adenosina puede contrarrestar y moderar sus efectos. [9] Basándose en las propiedades que aporta la adenosina para prevenir las convulsiones, además de su aprobación por la FDA en 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 deficientes en receptores GalR1, se utilizó un modelo de picrotoxina encendida 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 la duración de las convulsiones inducidas, aumento del umbral de estimulación necesario para inducir 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 lo 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 de la inducción , mostrando un aumento en el umbral de convulsiones. Para evaluar los efectos después de que estuviera presente la epileptogénesis , los vectores se inyectaron en el hipocampo de ratas después de que se indujeran 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 conductuales y fisiológicas, se descubrió que no tenía efecto en la LTP, el aprendizaje o la memoria. [14] La FDA está revisando un protocolo para la transferencia de genes de NPY. [13]
La somatostatina es un neuropéptido y neuromodulador que desempeña un papel en la regulación de las hormonas, así como ayuda en el sueño y la actividad motora. Se encuentra principalmente en las interneuronas que modulan las tasas de activación de las células piramidales principalmente a nivel local. Inhiben las células piramidales por retroalimentación . En una serie de estudios en los que se expresó somatostatina en un modelo de kindling en roedores , se concluyó que la somatostatina resultó en una disminución de la duración promedio de las convulsiones, lo que aumentó su potencial como fármaco anticonvulsivo. [15] La teoría en el uso de somatostatina es que si se eliminan las células piramidales, 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 somatostatina en células específicas y aumentar el tono GABAérgico, es posible restablecer el equilibrio entre la inhibición y la 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 neurotransmisores liberados desde las terminales axónicas. Se ha informado de una terapia génica exitosa utilizando la administración lentiviral de KCNA1 en un modelo de roedores de epilepsia de la corteza motora focal . [16] El tratamiento fue bien tolerado, sin ningún efecto detectable en la coordinación sensoriomotora. La terapia génica con un canal de potasio modificado administrado utilizando un lentivector no integrador que evita el riesgo de mutagénesis insercional o un AAV también ha demostrado ser eficaz en otros modelos de epilepsia. [17]
Un obstáculo potencial para la traducción clínica de la terapia génica es que la manipulación de la composición genética de las neuronas mediada por vectores virales es irreversible. Un enfoque alternativo es utilizar herramientas para la supresión a demanda de la excitabilidad neuronal y de los circuitos. El primer enfoque de este tipo fue utilizar la optogenética . Varios laboratorios han demostrado que la proteína fotosensible inhibidora Halorrodopsina puede suprimir las descargas similares a convulsiones in vitro, así como la actividad epiléptica in vivo. [18] [19] [20] [21] Un inconveniente de la optogenética es que es necesario suministrar luz al área del cerebro que expresa la opsina . Esto se puede lograr con fibras ópticas acopladas a láser o diodos emisores de luz, pero estos son invasivos. [ cita requerida ]
Un enfoque alternativo para el control a demanda de la excitabilidad del circuito que no requiere el suministro de luz al cerebro es el uso de la quimiogenética . Esto se basa en la expresión de un receptor mutado en el foco de la convulsión, que no responde a los neurotransmisores endógenos pero puede ser activado por 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 del 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 roedores de epilepsia focal 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 la traducción clínica . La olanzapina se ha identificado 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 controlado por glutamato que inhibe las neuronas siempre que aumenta la concentración extracelular del neurotransmisor excitatorio 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 muerta ( dCas9 ) para reclutar activadores transcripcionales a la región promotora del gen del canal de sodio Scn1a en las interneuronas . [25]
La magnetofección se realiza mediante el uso de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas 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 las nanopartículas. Luego, los receptores se dirigirán y viajarán hacia el objetivo de interés. Una vez que la partícula se acopla, el ADN se entrega a la célula mediante pinocitosis o endocitosis . Tras la entrega, la temperatura se aumenta ligeramente, lisando la nanopartícula de óxido de hierro y liberando 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 para tratar trastornos neurológicos como la epilepsia se ha presentado como un área cada vez más viable de investigación en curso, cuyos objetivos principales son 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 mostrando resultados prometedores para el tratamiento de la epilepsia, entre otras enfermedades, es necesario realizar investigaciones adicionales para garantizar la seguridad del paciente, desarrollar métodos alternativos para la administración de ADN y encontrar métodos factibles para aumentar los volúmenes de administración. [28] [29]