Vacunas para mañana: ¿vacunas de ADN?
1998/09/01 Sarasua Etxeberria, Arantxa | Umaran Sanchez, Adelaida Iturria: Elhuyar aldizkaria
¿Qué son las vacunas? Se puede decir que son elementos que impulsan una respuesta inmune específica. Las moléculas de las vacunas reciben el nombre de "antígenos" y, aunque no son patógenos, favorecen una respuesta defensiva específica como microorganismos patógenos, pero sin provocar enfermedades.
Los antígenos de las primeras vacunas eran microorganismos enteros vivos pero atenuados o muertos. Se han controlado con estas vacunas la viruela, el sarampión o la tos. Las vacunas han sido muy efectivas y algunas de ellas todavía se utilizan, aunque no se conozcan exhaustivamente los antígenos de cada microorganismo. Las vacunas vivas son más efectivas que los meses, pero su principal fallo es la inseguridad. Si se producen errores en el proceso de amortiguación o si se utiliza con inmunodeficiencia, la vacuna puede causar enfermedad.
Una vez identificados los antígenos que impulsan la respuesta protectora en el caso de una enfermedad concreta, se pueden realizar vacunas con proteínas antigénicas. Para controlar la meningitis, el tetano o la difteria se han utilizado vacunas de este tipo. A medida que se han purificado los antígenos proteicos se han reducido los riesgos, aunque en ocasiones se ha perdido su eficacia. Por otro lado, muchos microorganismos han desarrollado la capacidad de ocultar o modificar sus antígenos.
Para superar todos estos problemas hay que buscar de nuevo la simplicidad y para ello sólo hay que ir al origen; identificar, cortar e introducir directamente los genes que codifican los antígenos. Así han nacido las vacunas de ADN. Este ADN está en forma de plásmido, es decir, es una molécula circular que no se duplicará en las células de los mamíferos vacunados, pero se sintetizarán y expresarán proteínas extrañas que codifican.
Todo ello se ha conseguido con infecciones sin vacuna y por el momento sólo se ha demostrado con animales la utilidad de estas vacunas de ADN. La primera figura muestra las enfermedades infecciosas que matan a niños menores de 5 años. Como se ve, muchas vacunas nuevas están por hacer y estas nuevas vacunas de ADN pueden servir para llenar ese vacío.
Estimulan la respuesta inmune celular
Las infecciones por virus siempre son infecciones intracelulares; el parásito responsable de la malaria y otros protozoos viven dentro de la célula. Mientras permanezcan en el interior de las células del huésped, los anticuerpos no pueden dañar a este tipo de parásitos; los anticuerpos sólo pueden bloquearlos al desplazarse de una célula a otra. Potenciar la respuesta inmune celular tanto para la detección como para la destrucción de células infectadas, como la activación de linfocitos TD 8+ citotóxicos y macrófagos, entre otros.
La vacuna de ADN contiene genes que codifican varios antígenos de un microorganismo, como una proteína de la capa de un virus. La célula del huésped interiorizará el ADN extranjero y formará en su citoplasma la proteína del virus. Como si se tratara de proteínas propias, en las células del huésped las moléculas de la clase I de la histocompatibilidad compleja dominante llevarán los péptidos de la proteína vírica hasta las membranas de las células (Figura 2). Estas presentaciones provocarán linfocitos CD8+ T, por lo que, a diferencia de otras vacunas, estimularán la respuesta inmune celular 5.
Por el contrario, las vacunas proteicas, una vez dentro de las células a través de la fagocitosis, aparecerán en las membranas junto a las moléculas de la clase II de la histocompatibilidad compleja dominante. Este tipo de presentación encenderá principalmente la respuesta a los anticuerpos mediante linfocitos CD4+. Además, con esta vía endógena de presentación de antígenos, se expresan más epítopos que con otras técnicas, obteniendo mayor inmunidad 8.
Otra característica de la respuesta a las vacunas de ADN es la creación de un gran número de linfocitos T auxiliares tipo 1. Con ellas se activarán los macrófagos y se logrará una respuesta muy eficaz para eliminar las bacterias que sobreviven, como la Mycobacterium tuberculosis o la Listeria monocytogenes dentro de los macrófagos.
Sin embargo, a pesar de que la respuesta a estas vacunas es mayoritariamente celular, el ADN exógeno actúa como mitógeno activando las células B y favoreciendo la respuesta de los anticuerpos 3.
Sin vector
Otra ventaja de las vacunas de ADN es que no se necesita transporte, el ADN se utiliza desnudo como plásmido. Los plásmidos son moléculas circulares de ADN capaces de duplicarse espontáneamente en el interior de una bacteria, mientras que en las células de los mamíferos no se duplicarán pero sí contienen los elementos necesarios para transcribir los genes que transportan. Por lo tanto, para provocar una respuesta inmune, el gen que hemos elegido se inserta directamente en los músculos mediante la adición del plásmido, es decir, sin utilizar vectores. Allí se transcribirá y después se devolverá el ARN en los ribosomas en las proteínas.
Todos los sistemas de transferencia de genes demostrados hasta el momento debían utilizar vectores, es decir, el gen seleccionado entraba en el genoma de un virus y este último, el vector, se insertaba en los músculos del huésped. Por un lado, es difícil encontrar un vector apropiado para transportar cualquier tipo de gen y por otro, los daños posteriores por el vector siempre son peligrosos.
Formar como epítopos
Los antígenos utilizados para favorecer la respuesta inmune deben mantener o imitar lo más fielmente posible la forma tridimensional de algunas partes de las proteínas de los microorganismos. De otro modo, los anticuerpos generados por las vacunas y los receptores de las células T no estarán suficientemente unidos. Los microorganismos, en el procedimiento de amortiguación o inactivación, alteran a menudo la estructura de las proteínas, con la consiguiente pérdida de antigenicidad. En el caso de las vacunas de ADN, la proteína del microorganismo se forma dentro de la célula y se presenta al sistema inmune sin ningún cambio, por lo que la integridad de los epítopos se mantiene mejor y la respuesta obtenida será más eficaz.
Facilidad de conjugación
A medida que se vayan incorporando las nuevas vacunas al calendario de vacunación, el mantenimiento del uso de las vacunas será cada vez más complicado. La solución sería incorporar todos los antígenos a la vez, pero si estos son proteicos, sobre todo si se utilizan en altas dosis, no es posible integrarlos todos a la vez.
Las vacunas de ADN permitirían, al menos en teoría, aplicar los genes de los diferentes microorganismos patógenos en un plásmido mediante su yuxtaposición. En cualquier caso, siempre será más fácil que conjugar las proteínas codificadas por cada ADN.
Se consigue la inmunidad contra todas las escorias mutantes de un microorganismo
Algunos virus, para evitar nuestra respuesta inmune, alteran ocasionalmente sus antígenos superficiales creando nuevos mutantes o serotipos. Así, a pesar del desarrollo de la inmunidad contra un serotipo, cuando aparece otro serotipo mutante nuestras defensas son nulas. Es decir, lo que ocurre con la gripe, dado que la vacuna se forma con antígenos proteicos, sirve para un solo serotipo y la vacunación antigripal debe repetirse anualmente.
Investigadores han conseguido una nueva vacuna de ADN que protege a los animales contra los diferentes serotipos trabajando con el virus de la gripe14. Parece que los linfocitos T citotóxicos que aparecen por esta vacuna se asocian a proteínas internas antigénicas que no se modifican. Pero para conseguir esta inmunidad estos antígenos deben estar presentados por vía endógena. Otros grupos de investigadores han conseguido mediante el ADN una vacuna contra todos los serotipos del virus del papiloma y otra vacuna contra el virus del herpes tipo II con animales 2,4.
Inmunógenos también en niños pequeños
Para prevenir las enfermedades infecciosas a menudo tenemos que proteger a los niños pequeños y la respuesta de este grupo es escasa. Para que el sistema inmune no desarrollado dé respuesta suficiente es necesario utilizar sistemas que favorezcan fuertemente la respuesta celular. Para ello, las vacunas de ADN tienen una ventaja teórica.
Por otro lado, en el caso del sarampión, por ejemplo, los anticuerpos tomados de su madre roban el efecto de las vacunas de microorganismos vivos. La vacuna de ADN seguramente superará este problema.
Además, las vacunas de ADN, al igual que otras vacunas muertas, serán más seguras frente a la inmunodeficiencia que las vacunas vivas. Por otro lado, también serán más fáciles de usar en muchos lugares del mundo, ya que a diferencia de las proteínas, son termoestables.
¿Provocar cáncer?
¿Es capaz de introducir el ADN externo en nuestros cromosomas? ¡Si es así, se acabaron las vacunas de ADN! Las mutaciones que esto supondría, alterarían todos los procesos de regulación de nuestras células y producirían un daño superior al que pretendemos prevenir.
Provocar tolerancia o autoinmunidad
Una vez introducido el gen, y reconociendo que no entra en nuestros cromosomas, ¿hasta cuándo se sintetizará el antígeno codificado por el gen? Si el huésped se vuelve tolerante ante a este antígeno puede durar mucho tiempo, por lo que no respondería en caso de infección. La otra posibilidad es favorecer los fenómenos de autoinmunidad, teniendo en cuenta que este antígeno está expresándose en nuestras células junto con las moléculas de nuestra compleja y principal histocompatibilidad, grupo que favorece la respuesta citotóxica específica. No sería extraño que al mantener esta situación durante mucho tiempo se observasen daños por autoinmunidad en los tejidos del huésped.
Sin embargo, en los casos probados hasta el momento, parece que el período de expresión de antígenos extraños es el más adecuado para que la respuesta sea eficaz y aparezcan células específicas de la memoria suficientes, pero no suficiente para generar tolerancia o autoinmunidad 7 (Figura 3).
Vía general para la creación de nuevas vacunas
En los próximos años esta nueva tecnología de vacunas de ADN facilitará especialmente la formación de vacunas. Dada la complejidad antigénica de algunos microorganismos, esta tecnología puede ser utilizada en cada caso para identificar los antígenos que impulsan la respuesta protectora. También merece la pena si se utiliza exclusivamente para ello, aunque luego se utilizan otros sistemas para presentar estos antígenos al sistema inmune 9. El uso de genotecas para la elaboración de insertos de ADN y la elección de los antígenos más adecuados puede ser un método general para la realización de cualquier tipo de vacuna. Esta tecnología ha sido utilizada para seleccionar, entre otros, los antígenos más interesantes de las bacterias del género Micoplasma 1.
Trabajar otras formas de introducir el ADN
A pesar de que las vacunas de ADN realizadas hasta la fecha son para la integración muscular, existe la posibilidad de crear vacunas de ADN para ser tomadas por la boca o las mucosas. Esta opción sería muy interesante, por ejemplo, para prevenir las diarreas. Un equipo de investigadores ya ha conseguido utilizar una escoria amortiguada de Shigella para introducir el ADN en la pared intestinal 11.
Vacunar contra el cáncer
Hasta ahora hemos hablado de vacunas antiinfecciosas, pero se están probando las vacunas de ADN en animales para controlar los linfomas 12. En los próximos años las vacunas de ADN tendrán también interesantes aplicaciones en el ámbito del cáncer.
Utilizar una metodología concreta y rigurosa para demostrar la seguridad
En la actualidad tenemos la oportunidad de evaluar los riesgos mencionados. Para estudiar la integración del ADN introducido en las células de los animales en los cromosomas existe una metodología específica para la distribución del ADN cromosómico y plasmídico. Una vez excluida la vacuna que queda en forma de plasma, se deberá analizar el ADN cromosómico para buscar el ADN de la vacuna mediante la técnica de PCR. Esta técnica es muy sensible para detectar una copia del plásmido de la vacuna entre 150.000 células. En el caso de la gripe se ha comprobado la degradación de los plásmidos incorporados mediante la aplicación de esta metodología. (1,5.10 11 copias insertadas y 6 semanas después quedan 1,5.10 3). Por otro lado, en este caso no han encontrado copia integrada en cromosomas 6.
Comparar coste y beneficio en cada caso
No obstante, se deberá realizar una evaluación caso por caso y comparar en cada caso los riesgos que puede derivar de la vacuna de ADN con los posibles daños derivados de su no utilización. En el caso de la hepatitis B, por ejemplo, debemos comparar la probabilidad de contraer cáncer por la vacuna con la disminución del número de hepatocarcinomas que hemos conseguido mediante la vacunación 13.
Fases para la elaboración de nuevas vacunas
En cualquier caso, todos los pasos previos a la puesta en el mercado de una nueva vacuna deben ser exitosos: a) pruebas de laboratorio, para la formación de los plásmidos diseñados y para tratar la vacuna con los animales y b) ensayos clínicos: en la primera fase para demostrar que la vacuna no es perjudicial con pequeños grupos de voluntarios, en la segunda fase para elegir las dosis y pautas de vacunación con un gran grupo y finalmente en la fase 3, para demostrar que las vacunaciones son beneficiosas en una gran población 10 (figura 4). Actualmente hay vacunas de ADN que han sido diseñadas y probadas con animales, pero hay 15 ensayos clínicos pendientes.
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