Vacunas de ADN
Adrián Flores Romero
Laboratorio de Inmunobiología Molecular y Celular, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación. Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional
Resumen
La aparición de nuevas enfermedades ha provocado el desarrollo de vacunas de nueva generación, desarrolladas a partir de los últimos adelantos tecnológicos. Este es el caso particular de las vacunas hechas a partir de material genético, como las vacunas de ADN, las cuales aprovechan los conocimientos actuales en el área de biología molecular. Un enfoque interesante e innovador de este tipo de vacunas es que, a diferencia de las vacunas tradicionales, que fueron creadas para ofrecer inmunidad contra agentes infecciosos, las vacunas de ADN se utilizan con otros enfoques, como lo es el tratamiento de distintos tipos de cánceres y también como un tratamiento contra enfermedades de tipo autoinmune. Estas características de diseño hacen que las vacunas de ADN tengan mayores aplicaciones que las vacunas convencionales, sin dejar de lado el hecho de que también pueden ser utilizadas para conferir protección contra enfermedades infecciosas, sobre todo de tipo viral. A pesar de que aún no se tienen vacunas de ADN aprobadas para su uso en humanos, sí se cuenta actualmente con el desarrollo una gran cantidad de protocolos en distintos estadios en fase clínica, lo cual nos indica que es muy probable que dentro de poco tiempo estén disponibles vacunas aprobadas para su uso en seres humanos y que se conviertan en una alternativa más para el tratamiento de distintas afecciones.
Palabras clave: vacunas, ADN, virus, recombinante
Abstract
The emergence of new diseases has led to the development of next-generation vaccines, created using the latest technological advances. This is particularly true for vaccines based on genetic material, such as DNA vaccines, which leverage current knowledge in the field of molecular biology. An interesting and innovative approach of these types of vaccines is that, unlike traditional vaccines designed to provide immunity against infectious agents, DNA vaccines are used with other approaches, such as treating various types of cancers and autoimmune diseases. These design characteristics give DNA vaccines broader applications than conventional vaccines, while also being able to confer protection against infectious diseases, especially viral ones. Although there are currently no approved DNA vaccines for human use, there is a significant amount of ongoing research and clinical trials in different stages of development. This indicates that approved vaccines for human use may become available in the near future, providing an additional treatment option for various conditions.
Keywords: vaccines, DNA, virus, recombinant
Antecedentes
El desarrollo de vacunas ha tenido un largo camino a lo largo de la historia de la humanidad y está estrechamente vinculado con la lucha contra enfermedades infecciosas. El primer esquema de vacunación del que se tiene registro fue la práctica de la variolización, que se realizó en China en el siglo XVII.1 Este método consistía en la inoculación de material obtenido de una lesión de viruela de una persona infectada en una incisión en piel de una persona sana. Aunque esta práctica conllevaba riesgos, ya que los inoculados a menudo desarrollaban la enfermedad, por lo general presentaban síntomas menos severos. Sin embargo, la ventaja era que los individuos inoculados adquirían resistencia contra la enfermedad de por vida.1,2
Posteriormente, Edward Jenner modificó el método utilizando costras provenientes de lesiones de viruela bovina, las cuales inoculaba en personas sanas.3 En los dos casos antes mencionados, el principio básico consistió en la exposición del agente causal de la enfermedad al sistema inmunológico del individuo, lo que permitía el reconocimiento de antígenos y el posterior desarrollo de una respuesta protectora caracterizada por la producción de anticuerpos específicos.
Con el tiempo, en los esquemas de vacunación se comenzó a utilizar la inoculación de agentes atenuados por medios químicos o físicos, permitiendo reducir considerablemente la virulencia del agente causal de la enfermedad y la posterior activación del sistema inmunológico. Sin embargo, el uso de agentes atenuados aún tiene la desventaja de inducir el cuadro clínico de la enfermedad en individuos susceptibles.4,5 Otra estrategia utilizada es el uso de los agentes infecciosos muertos, lo que evita que se presente la enfermedad; por desgracia, este tipo de vacunas en ocasiones no activa una respuesta inmune eficaz.6,7
A pesar de las desventajas que muestran las vacunas hoy en día, estas han sido eficiente para controlar las enfermedades para las cuales fueron diseñadas. Sin embargo, siguen teniendo limitaciones contra cierto tipo de enfermedades infecciosas. Gracias al surgimiento de nuevas tecnologías se han podido desarrollar nuevas estrategias para la producción de una nueva generación de vacunas.8
Vacunas de ADN
Las vacunas basadas en ácidos desoxirribonucleótidos (ADN) reciben el nombre de vacunas de ADN, vacunas de nucleótidos desnudos, vacunas de plásmidos, entre otros. Estas vacunas surgieron en la década de 1990 cuando se descubrió que era posible generar anticuerpos monoclonales o policlonales mediante la inoculación de plásmidos de ADN que tenían la capacidad de inducir la síntesis de antígenos.9
Las vacunas de ADN aprovechan la tecnología de ADN recombinante, que implica manipular el genoma de un organismo al insertar ADN de otro microorganismo. Esto se logra con el uso de enzimas capaces de cortar regiones específicas del ADN con la posterior unión de fragmentos de ADN exógeno, lo que da como resultado la formación de un ADN recombinante.
La principal diferencia de las vacunas de ADN comparadas con las vacunas tradicionales radica en la forma en como son presentados los antígenos al sistema inmunológico. Mientras que en las vacunas convencionales se inoculan a los antígenos causantes de la enfermedad de manera exógena, en la vacunación con vacunas de ADN la expresión de antígenos ocurre de manera endógena, ya que son las propias células transfectadas con el ADN proveniente de la vacuna las que expresan los antígenos.10 Esta estrategia permite una activación eficiente tanto de linfocitos T CD4, linfocitos T CD8 y linfocitos B, que en conjunto generan una respuesta de tipo celular y también de tipo humoral.11
Una ventaja que ofrece la expresión endógena estimulada por las vacunas de ADN es que representa un riesgo menor para las personas que la reciben, ya que sólo se expresan los antígenos deseados, lo que elimina el riesgo de manifestar un cuadro clínico de la enfermedad, situación que puede presentarse cuando se inoculan agentes atenuados que conservan aún cierto grado de virulencia.9,11
Elementos de las vacunas de ADN
El éxito de las vacunas de ADN se basa en dos elementos fundamentales: en primer lugar, el plásmido de ADN que contiene la información necesaria para que las células del huésped produzcan el antígeno deseado y, en segundo lugar, el sistema utilizado para administrar la vacuna.12
Plásmidos de ADN
Los plásmidos, también conocidos como vectores, son estructuras genéticas de origen bacteriano que contienen la información genética necesaria para que las células del huésped produzcan el antígeno deseado. Estos plásmidos se replican de forma independiente al cromosoma y están compuestos por diferentes elementos. Destacan un replicón de ADN que participa en el inicio de la replicación, así como un gen de resistencia a un antibiótico específico que permite su crecimiento selectivo en cultivo.9
La activación de los genes presentes en el plásmido está ligada al uso de promotores virales de tipo oncogénicos, como el virus del sarcoma de Rous y el virus del simio 40 (SV-40),9,12 aunque a últimas fechas se ha optado por el uso del citomegalovirus humano (hCMV), el cual no se considera un virus oncogénico. Se ha experimentado la inserción de potenciadores de la transcripción como el intrón A combinado con el citomegalovirus humano, lo que ha dado como resultado la activación de una respuesta inmunológica más eficiente comparada con la respuesta obtenida con el simple uso del citomegalovirus como promotor.13,14 También se ha explorado la opción de utilizar promotores presentes en ciertos tipos celulares de mamíferos, con la finalidad de tener una respuesta inmune localizada. Por ejemplo, se ha utilizado el promotor de la creatinina cinasa del músculo esquelético; sin embargo, a pesar de que se ha observado una respuesta inmune, esta ha sido de menor magnitud en comparación con la obtenida con el uso de promotores virales. Esto se debe a una menor expresión del antígeno.15
Finalmente, los vectores contienen también un sitio de terminación o sitio Poly A, el cual es necesario para finalizar el proceso de transcripción y que el ARN mensajero pueda ser exportado del núcleo al citoplasma, en donde los ribosomas llevan a cabo la síntesis de antígenos. Un elemento que resulta de particular importancia dado el origen microbiano de los vectores son las secuencias CpG que conservan su capacidad intrínseca de estimular al sistema inmunológico y que además pueden funcionar como un adyuvante.9,16
Aplicación de vacunas de ADN
Las vacunas de ADN necesitan ser inoculadas al organismo para desencadenar la respuesta inmunológica deseada. Actualmente existen dos estrategias de administración, que se dividen en métodos químicos y físicos.17,18 Los métodos de inoculación químicos se caracterizan por la utilización de sustancias químicas que favorecen el ingreso del ADN a las células del cuerpo.9 Algunos ejemplos de sustancias químicas que han sido utilizadas para la aplicación de vacunas de ADN son las soluciones buffers de fosfatos, las nanopartículas lipídicas, los polímeros catiónicos y las proteínas de fusión. En todos los ejemplos anteriormente mencionados, la aplicación de las vacunas se realizo por vía intramuscular o intradérmica. Una ventaja que ofrecen la vía intramuscular e intradérmica es la presencia de una gran cantidad de células presentadoras de antígenos (APC), las cuales, como se explicará más adelante, tienen un papel determinante para el desarrollo de una respuesta inmunológica.
El método de administración química se considera económico y sencillo, ya que el personal encargado de administrar la vacuna no requiere una capacitación especializada, sino solamente conocimientos básicos sobre la vía de aplicación.17
Por otra parte, los métodos de aplicación físicos se consideran más especializados y costosos, por lo que el personal que lo realiza debe recibir entrenamiento previo. Estos métodos incluyen técnicas como la electroporación, el disparo de micropartículas de oro o biopolímero y el uso de emisiones ultrasónicas sobre la piel intacta. Este último método permite la formación de pequeños poros en la membrana celular, a través de los cuales ingresa el ADN exógeno presente en la vacuna.
En general, se considera que los métodos de inoculación físicos generan una mejor respuesta inmune comparados con los métodos químicos, puesto que se asegura el ingreso de una mayor cantidad de moléculas de ADN al organismo y, por lo tanto, una mayor síntesis de antígenos.18,19
Activación de la respuesta inmunológica
Los mecanismos implicados en el desarrollo de la respuesta inmunológica están mediados por la presentación endógena de antígenos al sistema inmunológico. Es importante tener en cuenta que el tipo de células responsables de la producción antigénica dependerá del sitio de aplicación de la vacuna. Por ejemplo, si se administra la vacuna por vía intramuscular, los miocitos serán las células transfectadas y, por lo tanto, las células encargadas de sintetizar los antígenos. Sin embargo, en el proceso de transfección del plásmido se pueden ver involucrados otros tipos celulares, entre los que destacan células del sistema inmunológico, como las APC que residen en el sitio de la inoculación. Una vez dentro de las células del hospedero, los plásmidos provenientes de la vacuna se introducen dentro del núcleo celular y utilizan la maquinaria enzimática de la célula para iniciar la síntesis de antígenos proteicos. Los antígenos sintetizados por las células del huésped pasan por los mismos cambios postransduccionales que ocurren con cualquier proteína del cuerpo.18
Las APC tienen un papel fundamental en la activación de una respuesta inmune después de la aplicación de vacunas de ADN. Cumplen una doble función, por una parte, las APC transfectadas llevan a cabo la presentación antigénica a través del sistema principal de histocompatibilidad clase I (MHC, del inglés major histocompatibility complex class I), lo que activa los linfocitos T CD8 citotóxicos mediante presentación cruzada de antígenos. Por otra parte, las APC captan péptidos antigénicos secretados en los compartimientos extracelulares y migran hacia los ganglios linfáticos más cercanos, donde presentan los antígenos a linfocitos T CD4 a través del MHC clase II.20–22
Los linfocitos T CD4, también conocidos como linfocitos T helper o auxiliares, desempeñan un papel crucial en el sistema inmunológico. Son capaces de estimular a los linfocitos B que han reconocido previamente antígenos, facilitando su diferenciación hacia células plasmáticas productoras de anticuerpos. Esta interacción entre los linfocitos T CD4 y los linfocitos B es esencial para generar una respuesta inmunológica eficaz.
Además, las células dendríticas desempeñan un papel importante en la presentación de antígenos. Estas células son capaces de estimular tanto una respuesta inmune celular como una respuesta inmune humoral específica contra el patógeno para el cual se ha diseñado la vacuna. Su participación permite activar de manera simultánea tanto los linfocitos T como los linfocitos B, lo que resulta en una respuesta inmunológica más completa y efectiva.21,23
Aplicaciones terapéuticas de las vacunas de ADN
A pesar de los resultados obtenidos con las vacunas de ADN, hasta la fecha no existe una vacuna que esté aprobada por su uso en humanos. La mayor parte de la información con la que se cuenta proviene principalmente de estudios que se realizaron en modelos animales. Por ejemplo, se ha demostrado la eficacia de una vacuna experimental de ADN contra el virus del VIH en un modelo murino, donde se observó un aumento significativo en los niveles de anticuerpos específicos contra el virus.24
Actualmente, se continúan desarrollando investigaciones en modelos animales para aplicar vacunas de ADN con enfoque terapeúticos contra enfermedades como el herpes simple, la mononucleosis viral infecciosa y la rabia.18,25
En el contexto de la pandemia de coronavirus en 2019, se han desarrollado principalmente vacunas de ARN, vacunas de vectores virales y vacunas con el coronavirus inactivado.26,27 El enfoque principal en la producción de vacunas ha excluido en cierta medida el desarrollo de vacunas de ADN contra el coronavirus; sin embargo, se han trabajado algunas vacunas experimentales, como la vacuna ZyCov-D, la cual mostró en un estudio en fase clínica III ofrecer una protección de hasta 66.6% de las personas que la recibieron. Una característica particular de esta vacuna es que se diseñó para que el antígeno «spike» original del virus, surgido en la ciudad china de Wuhan, se exprese de manera endógena.27
Actualmente se están llevando a cabo distintos protocolos de investigación con vacunas de ADN en humanos que se encuentran en distintas fases experimentales. Se trabaja, por ejemplo, en una vacuna de tipo preventiva contra el VIH en voluntarios sanos que se encuentra en la fase I de experimentación. Otros ejemplos de vacunas de ADN que se encuentran en fase clínica son las vacunas contra la hepatitis B y la influenza.28,29
Las vacunas de ADN no se limitan solo al combate de enfermedades infecciosas, sino que también se han propuesto para su uso terapéutico en enfermedades autoinmunes, como la esclerosis múltiple.30 Además, se están investigando vacunas de ADN para su aplicación en pacientes con diversos tipos de cáncer. En la actualidad se están llevando a cabo estudios en diferentes fases clínicas con pacientes para el tratamiento del melanoma, cáncer de pulmón, leucemia linfoblástica aguda y otros tipos de cáncer. Estos estudios buscan evaluar la seguridad y eficacia de las vacunas de ADN como una estrategia terapéutica potencial en el campo de la oncología.18,31
Perspectivas
Hasta la fecha, se han aprobado vacunas de ADN para su uso en medicina veterinaria, en parte debido a que los primeros estudios se realizaron en modelos animales. En el mercado actualmente se pueden encontrar vacunas contra la encefalitis causada por el virus del Nilo Occidental en equinos, así como una vacuna para el tratamiento del melanoma en perros. Los resultados de las vacunas de ADN en medicina veterinaria han sido satisfactorios, lo que plantea la posibilidad de que en un futuro cercano varias vacunas que actualmente se encuentran en fase clínica de experimentación con humanos puedan ser aprobadas en los próximos años.
Conclusión
Los avances tecnológicos en el campo de la manipulación genética han permitido una mejora continua en el desarrollo de vacunas de ADN. Por tanto, no se debe descartar la posibilidad de buscar aplicaciones terapéuticas más amplias en el futuro o mejorar los resultados obtenidos hasta la fecha. Considerando este escenario, es importante que el personal médico se familiarice con la tecnología que respalda el desarrollo de vacunas de ADN, ya que esto les permitirá comprender mejor las posibilidades y aplicaciones de esta nueva tecnología.
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