Terapia genica en odontología

* Dra. Liliana Otero M.

** Erika Simanca

** Adolberto Torres

* Docente

**Alumnos

Introducción:

Con el   proyecto genoma humano asistimos a una trascendental carrera donde miles de

biólogos, de instituciones públicas y privadas de diversos países, persiguen un objetivo

común: descifrar nuestro ADN, identificar los genes en él contenidos y conocer la forma

en que se expresan.

La genómica se está convirtiendo en el paradigma común de todas las ciencias

biomédicas, incluida la odontología. El conocimiento del desarrollo morfológico y funcional

de nuestro organismo yace en este lenguaje de tripletes que compartimos con bacterias,

animales y plantas. La selección natural ha modelado su larga cadena a lo largo de miles

de millones de años. De la interfaz entre el genoma y el ambiente surge la vida y también,

eventualmente, la enfermedad.[i]

La terapia génica es un nuevo procedimiento para tratar, curar  y  prevenir la enfermedad

cambiando los genes de un individuo. La investigación en este campo está enfocada  a

conocer la forma por la cual los genes controlan la función celular para que cuando alguno

de ellos falle, se puedan introducir al organismo nuevos genes que funcionen de manera

normal.

Esta terapia consiste en modificar genéticamente las células para producir un efecto

terapéutico. Esto se refiere a una copia normal de genes con desordenes genéticos. Se

ha sugerido el uso de terapia génica que podría involucrar la modificación genética de las

células para producir efectos terapéuticos en enfermedades de difícil manejo asociadas

con base genética.[ii]

Las modificaciones pueden ser realizadas fuera de las células cultivadas y luego

administradas al paciente mediante un vector (procedimientos “ex vivo”) o pueden ser

involucradas como modificaciones en las células del individuo directamente

(procedimientos “in vivo”)[iii].

El uso clínico de la terapia genética comenzó el 14 de septiembre de 1990, en el instituto

nacional de salud en Bethesda, Maryland, cuando una niña de cuatro años recibió un

tratamiento de terapia genética para tratar una fatal enfermedad hereditaria del sistema

inmune (ADA: adenosine deaminase deficiency). Por este defecto ella era muy

susceptible a las infecciones,  por lo cual la terapia génica tuvo que utilizar un virus

genéticamente modificado para implantarle un gen normal de ADA dentro de sus células

inmunes. El gen ADA programa la célula para que produzca la enzima faltante, y en esta

forma se desarrolla la función inmune normal en esas células. Este tratamiento ayuda a

crear resistencia contra las infecciones.[iv]

La identificación de nuevos genes involucrados en las enfermedades del hombre, el

desarrollo  de nuevos vectores y  la regulación transgénica han acelerado el progreso de

la terapia génica. Sin embargo, una de las mayores dificultades que presenta la aplicación

clínica de esta terapia radica en las características que debe tener el vector utilizado. Los

requisitos más importantes que debe cumplir este vector son: la facilidad para producirlo a

gran escala, la seguridad para manejarlo con cada tipo de célula y la capacidad para

producir una expresión transgénica regulada[v]. Aunque la terapia génica está todavía en

etapa experimental, las investigaciones indican que en los próximos 25 años será posible

usar con éxito este tipo de terapia[vi].

¿Para qué se utiliza la terapia génica?

La terapia génica fundamentalmente va dirigida a reparar los errores básicos que se

encuentran en la estructura genética de un individuo; es decir va encaminada a

reemplazar aquellos genes mutados o imperfectos, por genes que poseen la secuencia

correcta de nucleótidos y con la cual es posible la trascripción de ese gen para expresar

una proteína determinada. [vii]

La terapia génica es un tratamiento médico que consiste en manipular la información

genética de células enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las células

de una nueva función que les permita superar una alteración. Con la ayuda de vectores

adecuados, que son generalmente virus, se introduce el gen correcto y se integra en el

ADN de la célula enferma mediante técnicas de recombinación genética. La modificación

del genoma de las células diana para que sinteticen una proteína de interés terapéutico

permite compensar una insuficiencia debida a la alteración de un gen celular, estimular

una mejor respuesta inmunitaria contra un tumor o conferir resistencia a la infección

producida por un virus.[viii]

En principio existen tres formas de tratar enfermedades con estas terapias:

Sustituir genes alterados:

Se pueden corregir mutaciones mediante terapia génica, sustituyendo el gen

defectuoso o reparando la secuencia mutada.

Inhibir o contrarrestar efectos dañinos:

Se lleva a cabo mediante la inhibición dirigida de la expresión génica. Este

proceso se desarrolla bloqueando promotores, interfiriendo con los mecanismos

de expresión génica mediante RNAs anti-sentido que son complementarios de

mRNA y se unen a ellos bloqueándolos, o, más recientemente, mediante siRNA

("small interferents RNA", "RNAs pequeños interferentes"), que bloquean

secuencias específicas de RNA, por lo que pueden inhibir cualquier gen

bloqueando sus mRNA .

Insertar genes nuevos:

Se realiza por supresión dirigida de células específicas. Se insertan genes suicidas

que destruyen a la propia célula que los aloja o genes estimuladores de la

respuesta inmune. También se puede introducir una copia de un gen normal para

sustituir la función de un gen mutante que no fabrica una proteína correcta.[ix]

El desarrollo de métodos para la transferencia de genes a las células de los mamíferos ha

brindado la posibilidad de tratar las enfermedades por medio de la terapia génica. Hoy en

día se conocen más de 4000 enfermedades genéticas en el humano causadas por

alteraciones en diferentes genes. Algunas pocas de estas enfermedades reciben algún

tipo de tratamiento, pero ninguna de ellas se cura de forma definitiva. La curación se

lograría, al corregir el defecto en la estructura del ADN responsable de la enfermedad o

por la transferencia del gen celular normal a las células defectuosas.

Los métodos de ingeniería genética utilizados para corregir estos trastornos involucran la

participación de un equipo científico multidisciplinario; hay que caracterizar, purificar y

amplificar in vitro el gen deseado mediante su clonación en bacterias, y luego diseñar un

método de transferencia apropiado para su introducción en las células.

Una vez transferido el gen es necesario verificar que éste se integre en el sitio específico

del genoma celular por recombinación homóloga, que se transcriba a mRNA y se traduzca

por último a una proteína funcional, la cual debe participar en el control de un proceso

biológico particular.

Los procedimientos de terapia génica se basan en la integración de una secuencia

exógena de DNA modificado en sus regiones cromosómicas homólogas por medio de la

recombinación.

Según los propósitos y tipos de células blanco se distinguen 4 categorías de terapia

génica:

Tipo I es la terapia génica de células  somáticas; ésta terapia involucra la

corrección de defectos genéticos en cualquiera de las células somáticas del

organismo.

Tipo II es la corrección de una deficiencia genética a través de la transferencia de

genes funcionales dentro de las células germinales o gametos, reemplazando un

gen defectuoso. A diferencia de la anterior, no se recomienda la adición de genes

en  línea germinal debido a los efectos biológicos que producirían la mezcla del

gen normal y mutado sobre las señales reguladoras necesarias para el crecimiento

y desarrollo celular normales.

Los tipos III y IV de terapia génica involucran el uso tanto de células somáticas, 

como de células germinales, con el fin de seleccionar una o varias características

fenotípicas particulares.   El propósito de este tipo de terapia es hacer

mejoramiento genético. Estas terapias están dirigidas a personas normales en

quienes no hay evidencia de alteración genética alguna.

En el tipo IV de intervención se pretende asegurar que las modificaciones

genéticas pasen a las futuras generaciones.

Los procedimientos necesarios para la terapia génica de células somáticas se pueden

hacer en forma directa sobre el paciente (in vivo) o sobre algunas células progenitoras (ex

vivo) y su posterior infusión al paciente. Se utilizan células somáticas progenitoras con el

fin de asegurar su replicación posterior al transplante.

Métodos para la  transferencia de genes:

1.Hibridación de células somáticas.

2.Vectores recombinantes adenovirales o retrovirales.

3.Métodos físicos:

a. DNA transportador y precipitación con fosfato de calcio.

b.  Microinyección:

· DNA purificado.

· Plásmidos recombinantes.

c.    Endocitosis de conjugados de DNA-proteínas/receptores.

d.   Liposomas.

e.   Electroporación

La terapia génica pretende curar enfermedades hereditarias (que, en la mayoría de los

casos, se deben a genes defectuosos) mediante la introducción de genes sanos. Es

aplicable también al tratamiento del cáncer, de patologías infecciosas (hepatitis, sida); de

enfermedades cardiovasculares (hipercolesterolemia y aterosclerosis),

neurodegenerativas (enfermedades de Parkinson y de Alzheimer) y crónicas (artritis

reumatoide). Todas las enfermedades humanas, excepto el trauma, tienen un

componente genético.

Aplicación clínica de la terapia génica en odontología:

Uno de los campos de la odontología que puede beneficiarse directamente de este tipo de

terapias lo constituye las alteraciones craneofaciales y dentales. El 5% de todos los

nacidos en Estados unidos cada año tiene algún defecto congénito y por lo menos 1/800

presenta una malformación que afecta la cabeza, la cara o el cuello. De las cerca de

5.500 patologías heredadas que presentan malformaciones, cerca de 700 involucran la

región craneofacial y alrededor de 300 se manifiestan con labio y/o paladar fisurado[x]. El

odontopediatra y el ortodoncista frecuentemente deben prestar atención a los pacientes

que padecen este tipo de patologías. Algunas cráneosinostosis como los síndromes de

Appert, Pfeiffer y  Crouzon, que afectan el crecimiento craneofacial normal, debido al

cierre prematuro de las suturas,    son producidos por una mutación en el gen FGFRII

(receptor tipo II del factor de crecimiento fibroblástico)[xi]. La investigación actual en

biología de las suturas, está dirigida a conocer las funciones de los genes que se

expresan en este tejido, los mecanismos de señalización celular, las actividades de los

factores de transcripción específicos y las interacciones celulares. Cuando se conozcan

estos procesos será posible prevenir o intervenir tempranamente mediante terapia génica

perinatal las patologías relacionadas con cráneosinostosis o con otros síndromes que

afectan el crecimiento craneofacial. Al respecto Kyrkanydes y Millar (2002)[xii], vienen

desarrollando una modalidad de terapia génica para la transferencia de genes

terapéuticos a animales y pacientes utilizando un virus de pseudotipo de

inmunodeficencia felina (VSV-G) y han demostrado niveles de expresión génica estable

en varios órganos y estructuras examinadas.

Otra área de la odontología que podría beneficiarse con la terapia génica está relacionada

con las enfermedades que afectan las glándulas salivares. Sin embargo la mayor

limitación para el uso de  la terapia génica en este campo, radica  en la elección del vector

utilizado para transferir los genes, ya que actualmente los vectores disponibles inducen

reacciones inmunes y otros efectos indeseables que impiden establecer con seguridad

este tipo de terapias. [xiii]

La terapia génica puede ser utilizada también para el tratamiento del dolor crónico severo.

Numerosos estudios han demostrado que los genes pueden ser transferidos a células del

sistema nervioso central de los modelos animales. Por ejemplo la transferencia del gen b-

endorfina produce analgesia efectiva en ratas. Este procedimiento podría ser de gran

utilidad en un futuro para el tratamiento de la “neuralgia del trigémino”.

La matriz extracelular en el hueso alveolar, periodonto y diente se relaciona con la

localización de los morfógenos en la reparación ósea. En este proceso, los tejidos como el

colágeno, son importantes en grandes defectos de hueso y mandíbula; dándose procesos

de osteo-conducción. La literatura reporta que en defectos periodontales se pueden

utilizar sistemas de osteoinducción (membranas periodontales) y al tiempo

osteoconducción (terapia génica). La combinación de estas dos terapias en la utilización

de las  BMPs, permitiría obtener mejores resultados.

En un estudio reciente, se tomaron fibroblastos que codificaban para BMP7, y se 

transplantaron en ratas que tenían grandes defectos óseos a nivel mandibular. Las

lesiones tratadas con  BMP7 demostraron condrogénesis, osteogenesis, y

cementogénesis  en la reparación de defectos óseos periodontales.

BMP 4 recombinante codifica para heparan sulfato, heparina, colágeno tipo I y IV de la

matriz extracelular. Los componentes de la matriz extracelular activan morfógenos para

permitir funciones proteolíticas. Las BMP4 en estado soluble, al entrar a ser componente

de la matriz extracelular, se convierte en un estado sólido, en el cual puede iniciar sus

funciones. La interacción entre la señal inducida por morfógenos y la respuesta celular es

modulada por la matriz extracelular.

Las BMPs 2, 4, 7 pueden iniciar la cascada de osteogénesis y por esta razón tienen

posibilidades terapéuticas en defectos craneofaciales, en trauma de cabeza y cuello y  en

defectos causados por neoplasias. Las BMPs 2 y 4, logran corregir defectos de 100 ug/g,

mientras que las BMPs 7 corrigen defectos de 1.000 ug/g.[xiv]

La utilización de BMP junto con  implantes metálicos pueden estimular el crecimiento óseo

alrededor de los implantes, para lograr una integración optima del implante.[xv]

Sin embargo se requieren altas concentraciones para inducir regeneración tisular con

BMP. La producción de morfógenos en la transducción de tejidos, aplicados directamente

a la proteína podría ser más efectiva. Algunos estudios realizados en células

mesenquimales de roedores y de humanos, utilizan el gen BMP 2 ó BMP 7 para

formación de hueso nuevo in vivo e in vitro. Los ligandos también han sido incorporados

dentro de la superficie de los vectores virales para permitir procesos celulares específicos,

los cuales son menos riesgosos que otros métodos (inyección directa). [xvi]

La accesibilidad y observación visual de la cavidad oral, hace que estos tejidos sean más

favorables  para la transferencia de genes que los órganos y tejidos viscerales. [xvii],

[xviii]. Métodos como la electroporación o sonoporación han sido usados para transferir

el gen Gdf11 (que codifica para la proteína BMP11) en la pulpa dental amputada, y

estimula la formación y reparación de dentina. En estos métodos se aíslan las células

madres de la pulpa dental con genes que codifican para las BMP, y luego se implantan las

células dentro de la pulpa injuriada. Este procedimiento ex vivo para transferir genes, que 

podrían estimular la reparación y formación de dentina más rápidamente.

Sin embargo uno de los mayores campos de acción de la terapia génica en odontología,

lo constituyen las técnicas usadas para la transferencia de genes en el tratamiento

primario, o como terapia adjunta en los pacientes que presentan cáncer de cabeza y

cuello.

Podhajcer reportó la inmunización de ratones contra distintos tipos de cáncer (colon,

mama y sarcoma) mediante terapia génica. Este experimento abre un nuevo camino hacia

una vacuna contra el cáncer.[xix]

Uno de los tratamientos para el cáncer utilizados hoy en día, consiste en marcar

genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca

como extrañas y pueda luchar contra ellas, estimulando la respuesta inmune. Otras

estrategias que se siguen en la actualidad contra el cáncer son: inactivar oncogenes,

introducir genes supresores de tumores, introducir genes suicidas, e introducir genes que

aumenten la  sensibilidad a los fármacos[xx].

En un estudio reciente, Wang  y col (2001)[xxi], sugieren  que la terapia génica con IL-12

combinada con la inmunización de la mucosa oral, puede inducir inmunidad sistémica

antitumoral. Por otra parte Fukui y col (2001)[xxii], proponen que la sensibilización de  las

células tumorales con “ganciclovir”, utilizando como vector el virus asociado al adenovirus,

podría ser utilizado con éxito en la terapia génica para el carcinoma oral escamo-celular.

Estos procedimientos  permiten cambiar el gen defectuoso por un gen normal en etapas

tempranas del desarrollo embrionario, o en otras etapas de la vida del individuo,

impidiendo en esta forma que se desarrolle la enfermedad. Sin embargo este tipo de

tratamientos  al igual que todos los tratamientos generados  a partir del proyecto genoma

humano generan una serie de implicaciones de tipo ético y legal  que no son objeto de

estudio en esta revisión.

El siguiente cuadro resume la metodología utilizada en la terapia génica:

Conclusiones:

La siguiente tabla resume las posibilidades terapéuticas futuras de la terapia génica, la

bioingeniería  y el uso de las stem cell en odontología:

FUTURO DE  LA INVESTIGACIÓN EN ODONTOLOGÍA

INVESTIGACIÓN BÁSICA APLICACIÓN CLÍNICA

TERAPIA GENICA

Conocimiento de genes involucrados en el desarrollo de caries, enfermedad periodontal, cáncer, síndromes y maloclusiones

Perfil genético. Prevención de aparición y desarrollo de la enfermedad.

Conocimiento de los genomas de los microorganismos involucrados en la etiología de la caries y las periodontopatías

Desarrollo de genes terapéuticos mutados que destruyan los microorganismos patógenos

Conocimiento de los genes involucrados en el desarrollo dental

Inducción de agenesia(ej.terceros molares)  y de formación de nuevos dientes.

Conocimiento de los genes involucrados en el desarrollo de hueso, mucosa y cartílago

Inducción de neoformación de tejidos normales en enfermedades que generen daño o pérdida de estos tejidos. Manipulación del crecimiento (inhibición y promoción)  en síndromes y maloclusiones esqueléticas.

TERAPIA CON STEM CELL y BIOINGENIERÍA

Conocimiento de las moléculas necesarias para el desarrollo dental

Cultivo de células embrionarias para desarrollar dientes que reemplacen el órgano dental (agenesia, ausencia)

Conocimiento de las moléculas necesarias para el desarrollo de tejidos dentales(esmalte, dentina, cemento, pulpa y ligamento)

Cultivo de fibroblastos, ameloblastos, odontoblastos, cementoblastos. Reemplazo de tejidos perdidos por caries o periodontopatías.

Conocimiento de las moléculas necesarias para el desarrollo de hueso, cartílago, mucosa, glándulas salivales

Promover el crecimiento de tejidos  óseos y dentales  en: maloclusiones esqueléticas, periodontopatías, trauma. Reemplazo de tejidos en síndromes, trauma y enfermedades de ATM.

Conocimiento de las moléculas necesarias para el desarrollo de órganos completos

Reemplazo de dientes, maxilares, glándulas salivares.

Bibliografía

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[ii] Kaji E. Leiden J. Gene and Stem Cell Therpies. JAMA February 7, 2001; vol. 285, N- 5

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[xx] www. public-cmaps.coginst.uwf.edu/ cmaps/Ingenieria

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