EL VECTOR VIRAL FUNCIONA PARA TODO

LA EFICIENCIA DEL VECTOR VIRAL HACE QUE LAS TERAPIAS AVANZADAS FUNCIONEN PARA TODOS

Un vector viral es un virus modificado que hace de vehículo para introducir material genético exógeno en el núcleo de una célula. En terapia génica, el uso de virus como vectores requiere la eliminación de los genes que dotan al virus de su capacidad infecciosa y patógena, dejando únicamente aquellos que participan en la inserción del material genético, y su sustitución por el gen terapéutico de interés.

Los virus constituyen un grupo de microorganismos algo conflictivo (desde el punto de vista de la vida) pues, a diferencia del resto, no reúnen todas las características o funciones que caracterizan a un ser vivo: constan de una estructura definida conferida por una envoltura proteica (cápside) y material genético (ARN o ADN).

No obstante, cuando están aislados, no cumplen ningún requisito de un ser vivo. Virus: cómo funcionan los patógenos 100 veces más pequeños que una célula

Son agentes infecciosos microscópicos que solo pueden replicarse dentro de las células de otros organismos. Se conocen más de 200 virus que provocan enfermedades en humanos.

02 septiembre, 2021

Los virus impregnan cada aspecto del mundo natural. Pero solo pueden replicarse con la ayuda de un huésped y, de esa manera, son capaces de apropiarse de organismos de todas y cada una de las ramas del árbol de la vida, incluidas las células humanas. Su nombre procede del latín virus que significa “toxina” o “veneno”.

Existen millones de tipos de virus, que tienen distintas formas y afectan diferentes tipos de células. Si bien no todos son malos -algunos pueden matar bacterias, mientras otros combaten virus más mortales-, la mayoría crean una relación patogénica con el portador: causan algunas enfermedades de poca importancia, como el resfriado común, y otras graves, como la viruela, el SIDA, provocado por el virus de inmunodeficiencia humana (VIH) y el Covid-19, causado por el SARS-CoV-2, el coronavirus que afecta al sistema respiratorio.

Los virus tienen una gran capacidad de mutación: el envoltorio de proteínas puede cambiar y “engañar” al sistema inmunitario, que deja de reconocerlo como un elemento nocivo y no reacciona.

Un virus es un conjunto pequeño de informaciones genéticas protegido por una membrana. No son células completas: sólo son material genético empaquetado dentro de una cubierta proteica. Son pequeños pedazos de ARN (ácido ribonucleico) o ADN (ácido desoxirribonucleico), encapsulados en una envoltura hecha a base de proteínas conocida como cápside o, en otros casos, protegidos con una membrana derivada de la célula a la que infectan. Un virus es 100 veces más pequeño que una célula, por eso solo puede observarse a través del microscopio electrónico.

Cómo funcionan

El virus no puede sobrevivir por sí solo, salvo que viva dentro de otros organismos vivos como humanos, plantas o animales. Una vez dentro del organismo que sirve de “huésped”, infecta sus células, se multiplica para sobrevivir y libera más agentes virales para que infecten otras células y así extenderse por el organismo. El proceso consiste en unirse a una molécula que se incrusta en la parte exterior de una célula humana, algo parecido a una llave que encaja en una cerradura. El SARS-CoV-2, por caso, se une a la proteína ACE2 para penetrar en las células de las vías respiratorias humanas.

Los virus presentan un alto poder de contagio, que se produce por contacto directo a través de fluidos corporales (sangre, saliva, semen) o secreciones (orina, heces). También pueden infectarse las personas que toquen objetos o animales infectados. Por eso, en caso de epidemia o pandemia son fundamentales las medidas de higiene y el distanciamiento social.

En general, las nuevas enfermedades infecciosas penetran en la población humana del mismo modo que lo hizo el Covid-19: como zoonosis, es decir, una enfermedad que infecta a las personas a través de un animal. Se estima que los mamíferos y las aves albergan 1,7 millones de tipos de virus sin descubrir, una cifra que ha motivado a científicos de todo el mundo a investigar a la fauna silvestre de la Tierra en busca de la causa de la próxima pandemia de nuestra especie.

Actualmente, se conocen más de 200 virus que provocan enfermedades en humanos y todos son capaces de entrar en las células humanas. De los patógenos que han infectado a la población humana en las últimas décadas, la mayoría han sido virus ARN, como el ébola, el SARS, el MERS, el zika, varios virus de la gripe y el SARS-CoV-2.

Sobrevida y mutaciones

En general, los virus pueden sobrevivir durante horas e incluso días, sobre todo en superficies duras de acero inoxidable o plásticas, pero con el tiempo se vuelve menos infeccioso porque, sin poder replicarse, el virus se descompone.

Para atacarlos, la industria farmacéutica ha desarrollado medicamentos antivirales (los antibióticos no sirven para tratar los virus). Y, sin duda, la herramienta más certera para combatirlos son las vacunas: permiten que el sistema inmunitario reconozca el virus como un intruso y lo destruya, al tiempo que desarrolla anticuerpos contra el virus. Así, cada vez que entra en el organismo, las células inmunitarias reconocen las proteínas que recubren el virus y actúan contra él.

En la lucha contra el Covid-19, en un lapso de tiempo sin precedentes en la historia, se han desarrollado y aprobado varias vacunas de emergencia cuyo plan de inmunización avanza en varios países. El problema es que los virus tienen una gran capacidad de mutación: el envoltorio de proteínas puede cambiar y “engañar” al sistema inmunitario, que deja de reconocerlo como un elemento nocivo y no reacciona. La pandemia, que ya lleva más de un año y medio, va cambiando de forma: hoy el escenario se plantea a nivel global con millones de contagios y en medio de una multiplicidad de variantes que amenazan con virulencias no del todo conocidas.

Su estilo de vida es de parásitos obligados, habiéndose especializado con gran eficiencia durante su evolución en la introducción e inserción de su material genético dentro del genoma de la célula huésped y en el secuestro de su maquinaria celular para obligarla a expresar sus proteínas y producir miles de copias del virus. Debido a estas características, se pensó en los virus como un posible vector para la introducción controlada de ADN en células humanas.

La necesidad de un vector surge de las dificultades que entraña la introducción directa de material genético desnudo en el interior de una célula, el cual rápidamente es degradado por las nucleasas. Si bien determinadas modificaciones de los ácidos nucleicos y el empleo de sistemas físicos de introducción (como la inyección hidrodinámica) pueden sobreponerse a estas limitaciones, los vehículos especializados en el transporte de material genético mejoran la eficiencia de su introducción en la célula diana a la vez que lo protege de su reconocimiento por el sistema inmunitario.

Los virus que más se han utilizado en terapia génica como vectores han sido los retrovirus y los adenovirus (los adenovirus humanos Ad5 y Ad25 y adenovirus de chimpancé). Posteriormente se ampliaron a virus adenoasociados, lentivirus, virus pox y virus del herpes. Todos estos tipos difieren en la clase de células que pueden infectar, la eficiencia con la que introducen el material genético en la célula huésped, el si dicha introducción es temporal o permanente y la forma y lugares de inserción.

Adenovirus

Los adenovirus reciben este nombre porque su material genético es ADN bicatenario. Se caracterizan, además, por una cápsida icosaédrica y por una gran estabilidad ante agentes físicos o químicos, así como condiciones adversas de pH. Causan principalmente enfermedades respiratorias, pero dependiendo del serotipo pueden ocasionar gastroenteritis, conjuntivitis, cistitis, entre otras afecciones.

Entre las características que los hacen buenos vectores destacan su capacidad para infectar todo tipo de células y el que permiten insertos de hasta 8 kb. Existe una gran cantidad de información sobre estos virus, por lo que su manipulación está muy avanzada y es relativamente sencilla. No se integran en el genoma, por lo que se evita el riesgo de mutagénesis, pero, como contrapartida, dan lugar a una expresión a corto plazo. Además, otra gran desventaja es que son patógenos y altamente inmunogénicos.

Retrovirus

Los retrovirus se caracterizan porque su material genético es ARN, en lugar de ADN. Para poder integrar su genoma en el de la célula huésped requieren de la acción de una enzima llamada retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, la cual es una polimerasa de ADN dependiente de ARN que pasa la información genética del virus codificada en forma de ARN a ADN.

Tienen la particularidad de que infectan únicamente a células en división, lo cual limita sus aplicaciones terapéuticas. A diferencia de los adenovirus, los retrovirus sí integran su genoma en el de la célula huésped, por lo que dan lugar a una expresión a largo plazo del gen introducido. Como desventaja está la posibilidad de ocasionar mutaciones debido a que dicha integración se produce al azar. Son, además, virus patógenos, por lo que existe el riesgo de infección por recombinación y la posibilidad de que se asocien a otros retrovirus y oncogenes. Por otra parte, su manipulación es bastante sencilla y actualmente está muy bien descrita, lo que permite la eliminación precisa de todos los genes conocidos que puedan provocar esos problemas.

Virus adenoasociados

Los virus adenoasociados reciben este nombre debido a que a menudo se han encontrado en células que están siendo simultáneamente infectadas por adenovirus. Se trata de Parvoviridae de ADN monocatenario y cápsida icosaédrica de naturaleza proteica de entre 20 y 25nm de diámetro. Para poder replicarse dependen de la presencia de adenovirus o herpesvirus. En caso de que no se produzca dicha coinfección, el virus adenoasociado se integrará de forma estable en el genoma de la célula huésped. Tienen la característica de que se integran en un sitio único en el cromosoma 19, pero también pueden integrarse de forma azarosa si se los manipula.

Los vectores virales producidos a partir de este tipo de virus se desarrollan desde parvovirus no asociados a enfermedades humanas, por lo que son relativamente seguros en este sentido. Además, tienen la ventaja de que no son inmunogénicos y no causan enfermedades en humanos, a la vez que cuentan con la capacidad de infectar todo tipo de células. Su empleo como vectores en terapia génica es bastante reciente, por lo que su manipulación todavía no se controla tan bien como en los tipos anteriores. A diferencia también de los adenovirus y retrovirus, los insertos que permiten son de menor tamaño, lo que limita sus posibilidades de aplicación.

Lentivirus

Los lentivirus son retrovirus no oncogénicos que producen trastornos multiorgánicos caracterizados por largos tiempos de incubación e infección persistente. Los lentivirus son capaces de infectar a todo tipo de células, tanto quiescentes como en división, permiten insertos de tamaño medio y se integran en el genoma de la célula huésped, lo cual da lugar a una expresión a largo plazo. Además, no son inmunogénicos.

El principal inconveniente de estos virus es que la mayoría de los vectores lentivirales que se emplean hoy día proceden del VIH, de modo que pueden producirse infecciones por recombinación. Además, su integración es azarosa, por lo que puede ocasionar mutaciones por recombinación.

Poxvirus

Los poxvirus son los virus de ADN más grandes conocidos. Se distinguen de otro tipo de virus por su capacidad para replicar su genoma completo en el citoplasma de la célula huésped. Su material genético consiste en una hebra bicatenaria de ADN de 200 kb rodeada por una membrana de naturaleza lipoproteica.

Una de sus principales ventajas es la capacidad de admitir hasta 25kb de ADN, lo que los hace especialmente apropiados para la expresión de genes eucariontes y procariontes de gran tamaño. Los genes insertados en el genoma vírico se integran en él de manera estable, lo que permite una replicación y expresión biológica eficiente.

Virus del herpes

El virus del herpes se caracteriza por poseer un genoma de ADN bicatenario rodeado por una cápsida icosaédrica de naturaleza lipídica de entre 110 y 200nm de diámetro. Los vectores víricos derivados a partir del virus del herpes presentan una serie de características únicas entre las que destacan la capacidad de infectar a un amplio espectro de tipos celulares, tanto quiescentes como en división. Permiten, además, grandes insertos de ADN extraño (hasta 30 kb). Tienen la particularidad de que hoy día no se sabe si se integran o no en el genoma, de modo que pueden permanecer latentes un tiempo indefinido. En cambio, la gran desventaja que presentan es que no sirve si el paciente al que se le aplica la terapia por medio de este vector tiene inmunidad al virus.

Factores de riesgo

Los principales problemas que presentan los virus como vectores son:

La especificidad de la inserción: los virus, generalmente pueden reconocer e infectar más de un tipo de células, lo que dificulta el tratamiento exclusivo de las células diana. La infección de otros tejidos o de células sanas puede ocasionar efectos secundarios.

La localización de la inserción: si el virus inserta el material genético en un locus diferente al objetivo puede ocasionar mutaciones con efectos dañinos sobre el paciente y que, lejos de paliar o curar, se provoquen otros problemas.

El virus puede ser inmunogénico y dar lugar a una reacción en el huésped.

Las terapias celulares y génicas están transformando los resultados, pero los complejos procesos de fabricación limitan los volúmenes, retrasan la llegada al mercado y elevan los precios. La optimización de la producción reduce los costes por dosis y mejora el acceso de los pacientes.

Los virus son excelentes vectores porque pueden infectar células difíciles de alcanzar y modificar de manera predecible la expresión génica. Crédito: Tumeggy/ Biblioteca de fotografías científicas Getty Images

Las terapias celulares y génicas están cambiando vidas. Diseñan las células o el ADN de los pacientes para crear terapias personalizadas, desbloqueando tratamientos duraderos o incluso curativos para enfermedades con grandes necesidades insatisfechas, desde el cáncer hasta trastornos genéticos raros.

Actualmente, estos tratamientos son complejos y costosos de producir. Esto se traduce en precios elevados y limita el acceso de los pacientes. «Los científicos del mundo académico y la industria están trabajando diligentemente para reducir el costo de estos tratamientos y hacer que el acceso sea más equitativo», dice Amitabha Deb, vicepresidente sénior de procesos y desarrollo analítico del fabricante de vectores virales iVexSol, que utiliza su tecnología de vectores lentivirales para reducir la el tiempo y los gastos involucrados en el desarrollo de la terapia celular y génica.

En el corazón de la terapia génica se encuentra el proceso de reprogramación de células, usando instrucciones genéticas entregadas por vehículos llamados vectores virales. Los virus, como el virus adenoasociado y el lentivirus, son vectores muy eficientes porque pueden infectar células difíciles de alcanzar y modificar la expresión génica de manera predecible. Producir vectores virales de manera más eficiente es fundamental para acelerar el proceso de fabricación, haciendo que el producto final sea más asequible para los pacientes y los sistemas de salud.

Vectores rentables y fiables

Con cualquier terapia nueva, obtener la aprobación es solo una parte de la batalla. Una vez que un tratamiento comienza a ampliarse para su uso clínico, cualquier brecha en la producción de vectores podría generar retrasos costosos, tanto para los desarrolladores que esperan un retorno de su inversión como para los pacientes que esperan beneficiarse de un nuevo tratamiento eficaz. Invertir en el desarrollo de procesos tempranos es crucial.

Un posible cuello de botella es la transfección, en la que se introduce material genético en las células huésped, lo que da lugar a la producción de virus. Esta etapa se mejora mediante el uso del reactivo de transfección adecuado para optimizar la introducción de material genético, junto con otros parámetros de producción, para garantizar la escalabilidad, confiabilidad y rentabilidad del proceso. Esto mejora las probabilidades de alcanzar títulos físicos y funcionales elevados y aumenta el porcentaje de cápsides virales que se llenan de carga terapéutica. “Al producir cualquier vector viral, el reactivo de transfección debe garantizar un alto título e infectividad, así como calidad, para satisfacer las necesidades de una indicación de enfermedad en particular”, dice Deb. «También debe ser adecuado para la futura producción GMP».

Trabajar con socios expertos ayuda a reducir el tiempo de desarrollo del proceso y acelera el viaje hacia la clínica. Los kits de reactivos pueden hacer que el proceso de transfección sea confiable, escalable, rentable y estandarizado, consideraciones clave para la fabricación de vectores virales. “Sin un socio con un conocimiento profundo del proceso y el producto, los esfuerzos por reducir costos serán en vano”, dice Deb.

iVexSol tiene una relación sólida con Mirus Bio, con sede en EE. UU., que tiene más de 20 años de experiencia en el desarrollo de tecnologías para el suministro de terapia celular y génica. Mirus ofrece soluciones para aumentar la eficiencia del proceso para la producción de vectores virales y una formulación de reactivo única que tiene como objetivo aumentar la calidad del virus y los títulos funcionales en comparación con las opciones tradicionales basadas en polímeros. “Hemos probado muchos reactivos de transfección y Mirus nos da los mejores resultados, produciendo más partículas virales infecciosas”, dice Deb.

Encontrar el enfoque óptimo para la producción de vectores virales puede marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso de una nueva terapia. La producción eficiente se reflejará en la calidad y el alcance del producto final. “Lo más importante es reducir los costos para que, en última instancia, sus medicamentos cuesten menos”, dice Deb. “Sí, estos medicamentos tienen resultados clínicos sin precedentes, pero deben ser accesibles para la población de pacientes más amplia”.

Referencias

Prescott, L. M.; Harley, J. P.; Klein, D. A. (2004). Microbiología (5ª edición). Madrid: McGraw-Hill / Interamericana de España. ISBN 9788448605254.

Seow, Yiqi; Wood, Matthew J (Mayo de 2009). «Biological gene delivery vehicles: beyond viral vectors». Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy 17 (5): 767-777. PMC 2835126. PMID 19277019. doi:10.1038/mt.2009.41. Consultado el 2 de agosto de 2021.