Terapias biologicas en el cancer - seeo.org · estáticas –el paciente con cáncer puede vivir...

Producido gracias al soporte educacional deF. Hoffmann-La Roche Ltd

Manual

educat ivo

para

enfermer ía

Te r a p i a s b i o l o g i c a s e n e l c a n c e r

Producido gracias al soporte educacional deF. Hoffmann-La Roche Ltd

Appendix

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Respuestas a los cuestionarios de autoevaluación

Módulo 1. Cáncer: la historia hasta el momento

1. El cáncer representa un problema sanitario global, pero existen variaciones internacionalesen la incidencia, el tipo de cáncer y la mortalidad asociada. ¿Qué factores influyen enestas diferencias?

Las variaciones en la incidencia y el tipo de cáncer reflejan diferencias en factoresambientales, como la dieta y el consumo de tabaco, que afectan el desarrollo del cáncer, yposiblemente diferencias genéticas entre poblaciones. La detección precoz y el cribado conla intervención terapéutica subsiguiente apropiada también pueden influir en la mortalidaddebida al cáncer. Sin embargo, las tasas de supervivencia global han permanecidoestáticas –el paciente con cáncer puede vivir más, pero generalmente morirá comoresultado del cáncer.

2. La prevención del cáncer puede dividirse en primaria, secundaria o terciara. Presentecuatro ejemplos de medidas preventivas primarias, tres de secundarias y dos de terciarasque puedan usarse.

Las medidas preventivas primarias se basan en agentes causales (carcinógenos) implicadosen el inicio y desarrollo del cáncer (carcinogénesis). Principalmente se trata de factoresambientales y del estilo de vida. Los abordajes preventivos incluyen:

● no fumar

● evitar la exposición excesiva al sol

● consumo moderado de alcohol

● seguir una dieta saludable

● practicar ejercicio con regularidad y evitar un aumento de peso excesivo

● evitar los carcinógenos conocidos siempre que sea posible y tomar todas lasprecauciones necesarias cuando es imposible evitarlos.

La prevención secundaria implica la detección precoz, para maximizar la eficacia deltratamiento. Estas medidas incluyen:

● campañas educativas para promover la concienciación sobre el cáncer y promover elautoexamen y monitorización de cualquier cambio, para conseguir consejo médicopronto

● vigilancia y cribado del cáncer:

– frotis cervical

– sigmoidoscopia

– pruebas de sangre oculta en heces

– tacto rectal

– mamografía

● pruebas para marcadores biológicos del cáncer (p.ej. niveles de CA125 en sangrepara cáncer de ovarios) o posibles factores de predisposición genética (p.ej. los genesBRCA1 y BRCA2 en el cáncer de mama) en individuos de alto riesgo.

8.1

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La prevención terciaria se basa en abordajes quirúrgicos o farmacológicos relevantes paraaquellas personas con alto riesgo de cáncer. Las medidas preventivas incluyen:

● cirugía profiláctica (p.ej. mastectomía para mujeres con alto riesgo de cáncer de mamafamiliar)

● quimioprevención (es decir, ofrecer quimioterapia a individuos de alto riesgo). Estaaproximación se está investigando actualmente para eficacia y riesgo: las ratios debeneficio necesitan ser consideradas con atención.

3. Las opciones de tratamiento oncológico dependen del estadio del tumor. Identifique ydefina tres objetivos clave de la intervención quirúrgica.

● Preventiva – para extirpar un tumor que no es maligno, pero que se sabe está asociadocon el desarrollo de malignidad.

● Diagnóstica – para extirpar muestras de tejido para pruebas de laboratorio paraconfirmar el diagnóstico y la identificación del cáncer.

● Estadiaje –para determinar la extensión de la enfermedad.

● Curativa – para extirpar el tumor cuando está localizado con la esperanza de extirpartodo el tejido canceroso.

● Paliativa – para tratar las complicaciones de la enfermedad avanzada, como el dolor, ymejorar la calidad de vida.

● De apoyo – para ayudar en el tratamiento, p.ej. colocación de un catéter vascular paraasistir en el tratamiento con quimioterapia.

● Reparadora – para recuperar el aspecto a una persona o la función de un órgano oparte del cuerpo.

4. Otras opciones de tratamiento para el cáncer incluyen radioterapia, terapia hormonal yquimioterapia. Defina brevemente y esboce el principal objetivo de cada una de estasaproximaciones e identifique algunos efectos secundarios habituales en cada terapia.

● La radioterapia usa partículas de ata energía u ondas como los rayos X o rayos gammapara destruir o dañar las células cancerosas. La radioterapia puede destruir célulascancerosas, pero también puede tener efectos sobre algunas de las células normalescircundantes. Estos efectos no específicos pueden causar distintos efectos secundarios,como: fatiga; toxicidad hematológica; estomatitis; lesiones cutáneas; pérdida deapetito; ronquera; alopecia; dificultades de deglución; náuseas y vómitos; y diarrea.Estos efectos secundarios varían en incidencia según la zona irradiada y dosis deradiación, y también difieren de una persona a otra.

● La terapia hormonal es el tratamiento con fármacos que interfieren en la producción oactividad hormonal, o la excisión quirúrgica de glándulas productoras de hormonaspara eliminar células cancerosas o disminuir su crecimiento. Aunque se asocia conmenos efectos secundarios que la quimioterapia, los pacientes pueden experimentar:sofocos y sudores; náuseas, diarrea e indigestión; aumento de peso; cambios en el ciclomenstrual; calambres musculares; cambios de humor; reacciones alérgicas; cefaleas ytrombosis.

● La quimioterapia es el uso de fármacos para tratar el cáncer y actúa eliminadorápidamente las células que se reproducen. Es esencial el equilibrio entre hacer diana

8.2

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de manera específica y la eliminación de células cancerosas, y la destrucción noespecífica de células normales. La naturaleza no específica de la quimioterapia significaque está asociada con efectos secundarios significativos como supresión de medulaósea (disminución del recuento de leucocitos, eritrocitos y plaquetas), lo que conllevaefectos adversos hematológicos e infección; alopecia; pérdida de peso y del apetito;estomatitis y esofagitis; náuseas y vómitos; estreñimiento; cambios en el gusto; diarrea,fatiga; daños cardíacos; cambios en el SNC; y daños a pulmones, hígado, riñones ytejido reproductor.

5. Describa aproximaciones para mejorar la especificidad y direccionalidad de las terapiasantineoplásicas.

Actualmente, uno de los abordajes principales para desarrollar agentes antineoplásicosdireccionados es la terapia biológica, o inmunoterapia. La terapia biológica se basa encomponentes del sistema inmunitario, está diseñada para hacer diana específicamente encélulas cancerosas sin afectar las células normales, y actúa estimulando o imitando lasdefensas naturales del organismo, el sistema inmunitario.

Módulo 2. Control del crecimiento celular y cáncer

1. ¿Qué rasgos distinguen las células cancerosas de las normales?

Las células cancerosas tienen dos rasgos que las distinguen de las normales: proliferan(crecen rápidamente) a pesar de los controles normales y se describen por tanto comoneoplásicas; y tienen características especiales que les permiten invadir y colonizar lostejidos circundantes, lo que significa que son células malignas. La división, crecimientodiferenciación celular y muerte celular programada (apoptosis) son elementos importantesde una célula de funcionamiento normal. El fracaso en el equilibrio entre muerte celular y lageneración de nuevas células puede causar enfermedades: disfunción de un órgano ymuerte si se favorece la apoptosis; cáncer si se favorece la replicación celular.

2. El ciclo celular es una secuencia ordenada de acontecimientos mediante el cual una céluladuplica su contenido y se divide en dos. ¿Cuáles son los objetivos del ciclo celular?

Los objetivos del ciclo celular son:

● replicar con precisión el DNA en los cromosomas de la célula madre

● distribuir los cromosomas equitativamente entre las dos células hijas

● duplicar el contenido citoplasmático.

3. La mitosis permite a las células proliferar manteniendo el número diploide correcto decromosomas en cada célula. Explique cómo los cromosomas de un óvulo y unespermatozoide pueden combinarse manteniendo el número correcto de cromosomas.

El ciclo reproductivo sexual sigue un tipo especial de división celular llamado meiosis, quegarantiza que los óvulos y espermatozoides tengan sólo la mitad del número diploide decromosomas (haploide). La meiosis consta de dos divisiones nucleares sucesivas, pero sólode una replicación de DNA, para garantizar que las células hijas de los óvulos yespermatozoides sean haploides. Cuando se produce la fertilización, el embrión resultantetiene un complemento diploide completo de cromosomas.

4. El ciclo celular está correctamente orquestado mediante controles y factores físicos ybioquímicos específicos que influyen en el ciclo. Defina y describa el rol de los factores decrecimiento y anclaje en el control del ciclo celular.

8.3

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Los factores de crecimiento son proteínas que se unen a receptores en la membranaplasmática de las células diana para influir (estimular o inhibir) la proliferación celular.Algunos tienen una amplia especificidad y pueden afectar el crecimiento de muchos tiposdiferentes de células, mientras que otros tienen una especificidad limitada y son altamentedireccionados para afectar sólo un tipo de célula. Uniéndose al receptor adecuado, losfactores de crecimiento finalmente activan genes, que empiezan a fabricar proteínasespecíficas que influyen en la proliferación celular. Las hormonas también pueden actuarcomo factores de crecimiento: una estimulación hormonal excesiva se asocia con unaumento en la división celular y puede dar lugar a tumores malignos.

La mayoría de las células deben estar ancladas a una base antes de dividirse. Es posibleque las células necesiten mantener un contacto físico para poder comunicarse entre ellas ygarantizar así que el ciclo celular en un órgano o tejido sigue sincronizado. Las célulascancerosas tienen propiedades especiales que las convierten en una excepción a la reglade dependencia de un anclaje. Pueden liberarse y usar los vasos sanguíneos, u otras rutasde transporte por el cuerpo, para migrar e invadir otros tejidos (metastatizar) alejados delfoco del tumor original.

Módulo 3. Base genética del desarrollo del cáncer.

1. Los elementos y procesos genéticos pueden disponerse en orden jerárquico y secuencial.Complete el siguiente diagrama con las palabras apropiadas de la lista. Los dos asteriscosrepresentan las dos rutas mutacionales que pueden ocasionar una proliferación celularincontrolada y el crecimiento de un tumor invasivo. Por favor nómbrelos.

**Las dos rutas mutacionales son:

● mutaciones genéticas que convierten en hiperactivo un gen proliferativo

● mutaciones genéticas que inactivan un gen antiproliferación.

8.4

Genome

Transcription Translation

Genes

ProteinDNA

Bases

mRNA

Chromosomes

**

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2. ¿Cómo puede un protooncogen transformarse en oncogen? ¿Qué tipos de procesoscontrolan la mayoría de protooncogenes conocidos?

Los protooncogenes pueden transformarse en oncogenes por la presencia de uncarcinógeno como la luz del sol, la radiación y los virus. Las mutaciones resultantes sondebidas sobre todo a mutaciones puntuales, deleciones o amplificaciones genéticas. Losprotooncogenes a menudo son genes que codifican componentes de los mecanismos queregulan la división, diferenciación y muerte celular. (Las mutaciones en genes supresores detumores y genes de reparación de mismatch también pueden tener un rol en el desarrollodel cáncer.)

3. Usando el gen supresor de tumores p53 y el receptor de factor de crecimiento HER2 comoejemplos, describa cómo pueden las mutaciones conducir al desarrollo del cáncer en cadacaso.

El p53 es un potente factor de transcripción supresor de tumores que normalmente funcionapara permitir que las células hagan frente a daños en el DNA. Lo consigue evitando laproliferación, suspendiendo el ciclo celular en células con anormalidades cromosómicas ypermitiendo la reparación del DNA antes de la replicación. Si el DNA no puede repararse,el p53 induce la apoptosis. Las mutaciones que evitan que el p53 se una al DNA,interfieren en su capacidad para evitar la replicación del DNA o la frenan promoviendo laapoptosis de células con DNA irreparablemente dañado, pueden conducir al desarrollo decáncer.

El HER2 codifica un receptor de una familia de receptores de factor de crecimientotransmembrana implicados en el control de la replicación, crecimiento, diferenciación ysupervivencia celulares. La amplificación del gen HER2 hace que las células individualestengan más de dos copias del gen, lo que conduce a niveles excesivos de receptor HER2 yestimulación excesiva de las vías de señalización, dando lugar a proliferación celularincontrolada.

4. ¿Qué es la transducción de señal y qué consigue?

La transducción de señal es el proceso mediante el cual la estimulación de un receptorconcreto desencadena una serie de acontecimientos en el interior de la célula que da lugara respuestas de proteínas y del gen. Garantiza que las células sean capaces de reaccionarfrente a su microentorno permitiendo la recepción de los estímulos extracelulares, sucomprensión y transmisión al núcleo para activar las respuestas específicas celularesadecuadas.

5. Esboce brevemente los estadios y acontecimientos clave en una vía de transducción deseñal típica usando un factor de crecimiento en el primer paso.

Paso 1: Un factor de crecimiento extracelular (ligando) se une a su receptor específicosobre la membrana celular.

Paso 2: La unión del ligando activa el receptor, que implica estimulación de la enzimatirosina cinasa.

Paso 3: La tirosina cinasa fosforila y activa mediadores en la vía de transducción de la señal.

Paso 4: Como resultado, se regula la expresión genética en el núcleo.

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6. Presente el rol de las mutaciones genéticas en el cáncer.

La progresión tumoral de una lesión temprana no maligna a un tumor invasivo, a unaenfermedad metastásica, implica ciclos sucesivos de mutación y selección natural. Duranteeste proceso, las células derivadas de una célula madre con una sola mutación adquierenmás mutaciones y cada vez son más agresivas. Así, se cree que el desarrollo del cáncergeneralmente requiere que se den varios acontecimientos poco frecuentes independientes yque se acumulen en una célula. Sin embargo, las mutaciones en ciertos genes individuales(protooncogenes y supresores de tumores) tienen más efecto que las mutaciones en otrosgenes que no son críticos para el control de la señal celular.

Módulo 4. El sistema inmunitario: la base para todas las terapias biológicas

1. Defina y describa los resultados de una respuesta inmunológica, indicando por qué esimportante la correcta identificación de un agente como extraño y potencialmente dañino.

Respuesta inmunológica es el nombre dado a la respuesta por parte de las células ymoléculas del sistema inmunitario después de la introducción de un agente extraño(antígeno). El resultado es la eliminación y destrucción del antígeno invasor y de cualquierproducto tóxico asociado. Una vez activado, el sistema inmunitario es muy eficaz a la horade eliminar invasores, por lo que es crucial que esta capacidad destructiva no se vuelva encontra de material del huésped o inocuo.

2. Dibuje y describa una molécula anticuerpo generalizada e indique qué regiones se unen alantígeno y cuáles a otras células del sistema inmunitario.

3. Describa cómo se elaboran los anticuerpos en respuesta a un agente extraño y las tresmaneras principales en que funcionan.

Los antígenos tienen determinantes antigénicos específicos (epítopos) que permiten que lascélulas del sistema inmunitario los reconozcan. Unas células especiales llamadas célulaspresentadoras de antígenos llevan el antígeno a los órganos linfoides, donde pueden sermáximamente expuestos a las células T y B. Una vez expuestos, las células T se activan,proliferan y se diferencian, eliminan las células diana infectadas y activan otras células,como las células B, para colaborar en la defensa inmunitaria. Cada célula B puedereconocer y producir anticuerpos contra un antígeno específico. Cuando una célula B

8.6

Constant region (Fc) – binds to immune cells

Variable region (Fab) – binds antigen

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reconoce su antígeno afín y se dan las señales de células T adecuadas, se une al antígeno.Una vez acoplados, la célula B prolifera rápidamente para producir miles de clones decélulas B idénticos, todos ellos creando anticuerpos específicos para el antígeno.

Los antígenos actúan por:

● neutralización – bloqueando la actividad biológica de sus moléculas diana

● opsonización – recubriendo el antígeno y reclutando otras células del sistemainmunitario que pueden eliminar y destruir el antígeno (fagocitos)

● activación del complemento – activando una cascada de enzimas que provoca lamuerte del microorganismo.

4. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y, si son falsas, la respuestacorrecta.

● El sistema inmunitario innato responde rápidamente a organismos extraños. VERDADERO

● Una vez preparado por una exposición inicial al antígeno, el sistema inmunitarioadquirido otorga memoria antigénica y es capaz de aumentar la fuerza y eficacia de larespuesta en futuras exposiciones a ese antígeno.VERDADERO

● La respuesta inmunológica celular se basa en la producción de anticuerpos para actuar.

FALSO. Esta clase de respuesta inmunológica implica la producción de célulasespecializadas capaces de reaccionar directamente con células que presentan elantígeno y eliminarlas. Las células implicadas en esta respuesta también pueden secretarsustancias químicas que activan células agresoras especiales (macrófagos) quedestruyen a los invasores.

● Las células B y T que han sido estimuladas por un antígeno son morfológicamenteindistinguibles.

FALSO. Aunque las células T y B vírgenes no estimuladas son muy similares, una vezestimuladas por el antígeno las células B se diferencian para convertirse en grandescélulas plasmáticas, las fábricas productoras de anticuerpos del sistema inmunitario.

● Las células T se denominan así porque maduran en el timo.VERDADERO

5. Describa como puede elaborarse en el laboratorio un tipo de anticuerpo único (anticuerpomonoclonal, AM) e indique dos ventajas de los AM frente a los anticuerpos policlonales.

Los linfocitos procedentes de un animal inmunizado se fusionan con células inmortalesprocedentes de un tumor de linfocitos B para producir células híbridas inmortales(hibridomas). Estas células se cultivan de forma que cada célula hibridoma produce uncultivo celular. Estas se multiplican indefinidamente y producen un tipo de anticuerpo. Losclones de hibridoma individuales proporcionan una fuente permanente y estable de unanticuerpo monoclonal.

Las ventajas de la técnica del hibridoma incluyen:

● la inmortalidad de las líneas celulares de hibridoma significa que la producción deanticuerpos es estable y duradera

8.7

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● los anticuerpos presentan una especificidad uniforme, lo que significa que laspreparaciones son más útiles que anticuerpos policlonales menos específicos y no haynecesidad de purificación del anticuerpo requerido a partir de una mezcla heterogénea

● pueden producirse grandes cantidades del AM.

6. Tanto la actividad normal como anormal del sistema inmunitario pueden causarenfermedades. Complete las frases siguientes con el ejemplo de enfermedad másadecuado de la lista:

Reacciones alérgicas Autoinmune Vigilancia inmunológicaInmunodeficiencias Anemia perniciosa Tuberculosis

● En la tuberculosis la bacteria patógena resiste la destrucción por macrófagos y semultiplica en el interior del macrófago. Cuando finalmente éste se desintegra, lasbacterias se diseminan y el contenido del lisosoma se vierte, causando daños en eltejido del huésped.

● Las reacciones alérgicas se deben a una respuesta inapropiada de los linfocitos Tgrandes a un antígeno débilmente inmunogénico.

● La falta de células T y B por varias razones, incluyendo la destrucción de células Tpuede causar inmunodeficiencias.

● Cuando el sistema inmunitario ataca componentes celulares del huésped entoncespueden desarrollarse enfermedades autoinmunes como la anemia perniciosa.

● El proceso por el cual el sistema inmunitario del cuerpo puede detectar y protegerse delas células con tipos o cantidades anormales de proteínas en su superficie celular seconoce como vigilancia inmunológica.

7. Aunque muchas células cancerosas tienen antígenos anormales o cantidades anormales deellos en su superficie, la vigilancia inmunológica es ineficaz. Dé dos posibles explicacionespara ello.

● Los tumores pueden desarrollarse en zonas no sujetas a vigilancia inmunológica porquelas células T evitan zonas en que puedan encontrar autoantígenos.

● Las células tumorales pueden presentar antígenos de forma que no puedan serreconocidos por las células T.

● Las células tumorales continuamente adquieren mutaciones, lo que afecta la capacidadde las células T de ‘seguir su rastro’ y reconocer todas las células tumorales.

Módulo 5. Tecnologías que han hecho posibles las terapias biológicas

1. Varias enzimas y tecnología se utilizan para analizar y manipular el DNA. De la listasiguiente, escoja la enzima o técnica más apropiada que realiza las siguientes acciones:

Secuenciación de DNA Electroforesis en gel LigasaHibridación de ácido nucleico Polimerasa Enzima de restricciónTranscriptasa inversa

Sintetiza el DNA. Polimerasa

Elabora DNA complementario (cDNA) a partir de RNA mensajero (mRNA).Transcriptasa inversa

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8.8

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Corta el DNA en fragmentos para analizarlos. Enzima de restricción

Une los fragmentos de DNA. Ligasa

Separa los fragmentos de DNA según su tamaño. Electroforesis en gel

Establece el orden exacto de pares de bases en un fragmento de DNA. Secuenciaciónde DNA

Permite la localización precisa de DNA o RNA usando una sonda. Hibridación deácido nucleico

2. La clonación genética es fundamental para muchas de las técnicas usadas para analizar ycomprender los genes y su función. Esboce los pasos básicos de la clonación de DNA.

Paso 1: Se aísla y purifica el DNA procedente de la célula.

Paso 2: El DNA purificado se corta en fragmentos manejables usando enzimas derestricción.

Paso 3: Un fragmento de DNA que contenga el gen a clonar se inserta en una molécula deDNA circular denominada vector para producir una molécula de DNA recombinante.

Paso 4: El vector actúa como un vehículo para transportar el gen al interior de la célulahuésped. En su interior, el vector se multiplica, y produce numerosas copias idénticas nosólo de sí mismo, sino también del gen que transporta.

Paso 5: Cuando la célula huésped se divide, las nuevas células contienen copias de lamolécula de DNA recombinante y tienen lugar nuevas replicaciones del vector.

Paso 6: Después de un gran número de divisiones celulares, se produce una colonia o clonde células huésped idénticas. Cada una contiene una o más copias de la molécula de DNArecombinante. El gen transportado por la molécula recombinante está ahora clonado.

3. A veces se clonan mucho fragmentos a la vez para formar una biblioteca de clones.¿Cómo puede identificarse el clon con el fragmento insertado de DNA de interés?

El cribado de la biblioteca puede identificar el clon que contiene el fragmento de DNA deinterés. Las colonias pueden traspasarse a papel absorbente y sondadas con una sonda deDNA radioactivo con parte de la secuencia del fragmento de DNA que se busca. La sondaradioactiva hibrida con el fragmento de DNA de interés y entonces puede visualizarseexponiendo el papel absorbente a película fotográfica.

Otro método de cribado es la traducción in-vitro, en que el DNA clonado se usa parapurificar su mRNA complementario a partir de una mezcla de mRNAs celulares (selecciónhíbrida). Las proteínas producidas son contrastadas con aquellas que se espera obtener.

4. La capacidad de elaborar cualquier proteína en grandes cantidades es un beneficioprincipal de la ingeniería genética. Señale algunas implicaciones terapéuticas de laingeniería genética, en concreto en relación con el cáncer.

● La ingeniería genética puede usarse para sobreexpresar una molécula concreta en unvía biosintética determinada para aumentar los niveles de esa molécula.

● La vía puede interrumpirse para que no se produzcan ciertos productos.

● Las proteínas pueden diseñarse específicamente para tener una función y estructuraparticulares.

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8.9

Dado que los cánceres tienen un componente genético, las pruebas para oncogenes y/uoncoproteínas (las proteínas que codifican) pueden ayudar a definir, graduar ydiagnosticar el tumor. En algunos casos, la presencia o ausencia de estos marcadoresbiológicos puede tener valor pronóstico y predictivo y ayudar en el manejo del tratamiento.Por ejemplo, el status del receptor de estrógenos, el receptor de progesterona y el HER2 sehan reconocido todos como marcadores biológicos importantes en el cáncer.

5. Éste es el diagrama esquemático de los objetivos de la genómica funcional. Describa enpalabras qué representa el diagrama e indique los roles del Proyecto Genoma Humano yla bioinformática en este proceso.

El objetivo de la genómica funcional es obtener una imagen global de la función delgenoma, incluyendo perfiles de expresión a nivel de mRNA y de proteínas. Un pre-requisitoes el conocimiento de la ordenación, localización (mapa genético) y secuencia de losgenes. A partir de aquí, pueden identificarse el mRNA y la proteína resultante. Elconocimiento de la estructura tridimensional de la proteína ayuda a identificar su posiblefunción y esto puede utilizarse a su vez para comprender como funciona el gen. (Los genespueden pertenecer a familias que muestran homología a nivel de la secuencia de DNA o anivel de proteínas. Por lo tanto, saber cómo funcionan un gen y su producto puede ayudara descubrir la función de otros genes homólogos o relacionados, incluso en especiesdistintas.) El Proyecto Genoma Humano quiere proporcionar una mapa y secuenciacompletos de la totalidad del genoma humano. Esta enorme cantidad de datos deberá serinterpretada y analizada mediante un proceso de bioinformática.

Módulo 6. Explicación de las terapias biológicas

1. Dé dos razones de por qué se están desarrollando y utilizando aproximaciones biológicaspara el tratamiento del cáncer, indicando su ventaja potencial frente a terapiasconvencionales.

● Las terapias biológicas explotan los sistemas existentes en el cuerpo para producirrespuestas específicas a retos y dianas específicos, superando la toxicidad asociadacon tratamientos más generalizados.

● Usar terapias basadas en moléculas existentes en el cuerpo evita los problemas dereacciones a entidades extrañas.

● Las terapias biológicas son no invasivas.

● Los tratamientos convencionales parecen estar cerca de los límites terapéuticos.

2. En la tabla siguiente, identifique qué terapia biológica tiene los resultados A-G. El primerejemplo de terapia con citocinas se ha completado como ejemplo.

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8.10

EstructuraFunción

Gen Proteína

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Terapia Resultados

Terapia con citocinas A, E, F, G

Terapia basada en anticuerpos A, B, C, F, G

Vacunas para el cáncer F, G

Terapia genética B, D, F

Terapia celular A, G

A. Destruir células cancerosas

B. Interrumpir o controlar los procesos que permiten el crecimiento del cáncer

C. Alterar los patrones de crecimiento de las células cancerosas

D. Bloquear los procesos que conllevan la formación de una célula cancerosa a partir deuna célula normal

E. Intensificar la capacidad del cuerpo para reparar o sustituir células normales dañadas odestruidas por quimioterapia o radiación

F. Aumentar la susceptibilidad de las células cancerosas a la destrucción por el sistemainmunitario

G. Aumentar la actividad de las células T, células natural killer y macrófagos, favoreciendola eliminación de células cancerosas.

3. Explique las diferencias entre terapia biológica direccionada y no direccionada y comentelas ventajas de la terapia direccionada.

Una terapia biológica no direccionada es aquella con efectos de soporte sobre el sistemainmunitario, o efectos antitumorales no específicos, pero que no hace diana en tumores deforma directa. Las terapias direccionadas son específicas para las células tumorales, yaque son direccionadas contra anormalidades asociadas a tumores y por lo tanto tienen unefecto antineoplásico directo.

Las terapias direccionadas presentan:

● una mejor tolerabilidad, ya que afectan específicamente sólo la célula tumoral

● nuevos mecanismos de acción, distintos a los de las terapias convencionales, lo quepuede significar que la terapia combinada es posible que tenga una mayor eficacia

● la capacidad de aumentar la respuesta inmunológica del huésped

● la posibilidad de individualizar el tratamiento del paciente.

4. Las citocinas son responsables del funcionamiento normal de diversos procesos fisiológicosque son parte o resultado de reacciones inmunológicas. Defina qué es una citocina ypresente cuatro ejemplos de los procesos que afectan.

Las citocinas son proteínas que son sintetizadas y liberadas por una célula e interactúancon receptores sobre otras células, generalmente para regular la respuesta inmunológica.

Las citocinas están implicadas en:

● el normal desarrollo de células T y B

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8.11

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● la quimiotaxis, es decir, atraer las células de un cierto tipo a una localización concreta

● la generación de concentraciones normales de IgE

● hematopoyesis

● susceptibilidad a la inflamación articular.

5. Explique por qué la humanización de anticuerpos es importante si deben tener un mejorpotencial terapéutico.

La mayoría de los anticuerpos monoclonales son producidos a partir de hibridomas deratón, lo que significa que el anticuerpo resultante es una proteína extraña. Por lo tanto, elsistema inmunitario humano los reconoce como extraños, estimula una respuestainmunológica y los neutraliza o destruye rápidamente. Los anticuerpos tienen secuenciasestructurales y de reconocimiento de antígenos. La ingeniería genética permite humanizarlos AM para que las secuencias estructurales de ratón sean sustituidas por secuenciasestructurales humanas. El importante sitio de reconocimiento de antígenos permaneceintacto y el AM humanizado resultante es 95% humano, lo que evita una respuestainmunitaria contra el anticuerpo humanizado.

6. Describa tres posibles modos de acción de los anticuerpos monoclonales a la hora deejercer su efecto antitumoral.

Se cree que la terapia con anticuerpos tiene propiedades antineoplásicas que incluyen:

● regulación a la baja de la diana, lo que causa alteraciones en la función de crecimientoy proliferación, por ejemplo

● evita la activación de la diana

● inhibición de vías intracelulares controladas por la diana

● inducción de respuesta inmunológica

● estimulación de la apoptosis (muerte celular programada).

7. Señale los estadios del desarrollo racional de una terapia biológica, indicando los factoresque hacen de un marcador biológico concreto una diana terapéutica interesante.

Los pasos básicos en el desarrollo de una terapia biológica específica incluyen:

● identificación de una anormalidad específica de las células tumorales y no presente encélulas normales

● identificación del marcador biológico (diana) como poseedor de un rol importante en lapatogénesis de la enfermedad, de forma que cualquier terapia direccionada tenga unaimpacto directo sobre el crecimiento y mantenimiento del tumor

● identificación de una asociación entre la diana y el resultado del paciente.

Una vez identificada la diana:

● seleccionar una aproximación biológica que permita hacer diana en un factorespecífico, como los AM

● probar si la terapia direccionada tiene algún efecto antitumoral en estudios preclínicos,usando células cultivadas

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8.12

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● realizar más estudios preclínicos para comprobar que las células tumorales sondireccionadas específicamente y que las células normales no se ven afectadas

● realizar estudios preclínicos adicionales en modelos animales para evaluar la eficacia yseguridad de la terapia

● iniciar los ensayos clínicos con la terapia.

Módulo 7. El futuro de las terapias biológicas

1. Se sabe que los tumores los causa la acumulación de alteraciones genéticas. Describa quéaproximaciones deberían usarse para identificar combinaciones de diferentes alteracionesgenéticas en un tumor individual.

En primer lugar el DNA se transcribe a RNA antes de ser traducido para producir unaproteína funcional. El análisis del RNA proporciona una forma de identificar genesexpresados por un tumor particular. El DNA complementario (cDNA) puede sintetizarse apartir de una plantilla de RNA y puede usarse como sonda del DNA genómico aislado apartir de una muestra tumoral. Estas sondas de cDNA identifican sólo los genes expresadospor el tumor y proporcionan un perfil de expresión genética específico para ese tumor.

2. Describa las implicaciones prácticas y clínicas de realizar los perfiles de la expresióngenética.

● Elaborar perfiles de expresión puede ayudar a definir subgrupos de tumores conpronósticos diferentes. Un perfil de expresión genética determinado también puedetener un valor predictivo en términos de respuesta a terapias concretas, lo que ayudaráa individualizar el tratamiento según tipos de tumores individuales.

● La expresión genética puede cambiar con el tiempo y estos perfiles pueden ayudar alestadiaje de los tumores e impactar así en las opciones de tratamiento.

● El conocimiento de qué genes son expresados y cuándo, puede ayudar a identificarnuevas dianas para la intervención terapéutica.

3. De la lista proporcionada, inserte la afirmación más adecuada en las oraciones siguientes.

vías de señalización celular y transducción de señal

el estudio de la expresión genética

miles de anticuerpos de especificidad conocida en un chip

forma, función y control de las redes de proteínas celulares

estrategias para individualizar la terapia

● La proteómica es el estudio de la forma, función y control de las redes deproteínas celulares.

● La expresión de proteínas en células individuales puede estudiarse usando un sistemaque es básicamente miles de anticuerpos de especificidad conocida en unchip.

● Las comparaciones de expresión de proteínas entre muestras de tejido obtenidas de unpaciente individual pueden usarse para desarrollar estrategias paraindividualizar la terapia.

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8.13

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● La proteómica puede usarse de distintas maneras, incluyendo estudios de vías deseñalización celular y transducción de señal.

● Las interrelaciones y la complejidad de las interacciones entre proteínas significan quees posible que la proteómica produzca información más detallada acerca de la funcióncelular que el estudio de la expresión genética.

4. Algunos avances se basan en el mayor desarrollo de las aproximaciones existentes. Tantopara las terapias basadas en citocinas como para las basadas en anticuerpos, sugiera unaforma de mejorarlas.

Las terapias con citocinas pueden mejorar si se limitan los efectos del tratamiento sólo a losfocos tumorales. Puede conseguirse:

● inyectando la citocina directamente en el tumor

● modificando genéticamente las células tumorales para que expresen citocinas

● generando proteínas de fusión en que la proteína asociada actúe como guía específicatumoral para la molécula citocina adherida.

Las terapias basadas en anticuerpos pueden mejorar:

● identificando mejores moléculas diana con las características apropiadas, es decir,específicamente expresadas por células tumorales, con un rol integral en el desarrollotumoral, y accesibles a los anticuerpos

● usando anticuerpos para direccionar las terapias convencionales a los focos tumorales

● desarrollando moléculas ‘de propósito dual’ eficaces como las inmunotoxinas, es decirun anticuerpo, para conseguir un efecto direccionado a tumores, unido con un agentecitotóxico

● optimizando el uso de las terapias existentes mediante la obtención de más informaciónreferente a cómo administrarlas, cuándo administrarlas (adyuvante o enfermedadmetastásica), qué combinaciones son más eficaces, etc.

8

8.14

5. La angiogénesis – la formación de nuevos vasos sanguíneos – es esencial para elcrecimiento del tumor. Escoja la anotación apropiada de la selección siguiente paracompletar el diagrama que identifica los acontecimientos clave que conducen a laangiogénesis y metástasis del tumor.

Factores angiogénicos Células endoteliales vascularesMetástasis Proliferación e invasión

6. Trate brevemente el potencial impacto de las terapias biológicas en el cuidado y manejo delos pacientes desde la perspectiva de una enfermera oncológica.

La aparición de terapias direccionadas significa que habrá una mayor elección terapéuticay que el tratamiento se individualizará. A su vez, esto significa que los pacientesnecesitarán más información y consejo sobre:

● el impacto de los factores celulares sobre el pronóstico y el comportamiento tumoral

● diagnóstico, caracterización del tumor e individualización del tratamiento

● qué esperar de las terapias direccionadas y cómo difieren de las convencionales

● tratamiento en términos de prevención de progresión tumoral y no de curación

● uso de tratamientos en períodos extensos para garantizar la supresión tumoralcontinuada.

8

8.15

Angiogenicfactors

Tumour cells

Tumour cellsenter blood

Metastasis

Proliferationand invasion

Vascular endothelial cells

Vascularisation and growth

DRAFT

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8.16

Glosario de términos

Ácido desoxirribonucleico Véase DNA

Adenina Una de las cuatro bases de las que consta el DNA

Adyuvante A: término que describe la terapia para el cáncer primario. B: sustanciaque hace aumentar la inmunogenicidad de los antígenos

Alelo Una de las dos o más formas de un gen que difieren en la secuencia denucleótidos pero no necesariamente en su efecto

Aminoácido Uno de los 20 componentes básicos de las proteínas

AMP Adenosinmonofosfato

Amplificación Presencia de un número superior al normal de copias de un gen en unacélula

Anafase Estadio de la meiosis o la mitosis durante el cual los cromosomas sedesplazan hacia los polos de la célula

Aneuploidía Presencia de uno o algunos pocos cromosomas más o menos que elcomplemento cromosómico normal

Angiogénesis Formación de nuevos vasos sanguíneos, un proceso esencial para lostumores que le hace crecer >2mm de tamaño

Anticuerpo Proteína que reacciona específicamente frente a una molécula extraña(antígeno) o región de una molécula (epítopo)

Anticuerpo biespecífico Anticuerpo con regiones de reconocimiento para dos antígenos distintos,por lo general un antígeno de la diana tumoral y un antígeno demembrana de una célula inmunológica

Anticuerpo monoclonal Anticuerpos, química e inmunológicamente idénticos, es decir quereconocen una región específica de un antígeno concreto. A menudo seutilizan en ensayos y se han introducido para el tratamiento del cáncer,por ejemplo Herceptin®

Antígeno Molécula que estimula una respuesta inmunológica

Apoptosis Proceso activo en que los núcleos celulares señalan la muerte celular encélulas humanas y animales de funcionamiento normal. El momento de laapoptosis depende de la edad o el estado de salud y condición celulares.Las células cancerosas no presentan proceso apoptótico de muerte celularnatural.

ATP Adenosintrifosfato, la fuente de fosfato más habitual en el hombre y,como tal, un almacén energético básico para todos los procesos querequieran energía.

Autocrino Secreción de una sustancia, como un factor de crecimiento, que estimulala célula secretora en sí.

Biblioteca de DNA Grupo aleatorio y desordenado de clones de DNA

CA-125 Marcador tumoral utilizado en la valoración de pacientes con cáncerovárico

CA 15-3 Marcador tumoral que se ha utilizado para medir la eficacia de laterapia para el cáncer de mama y para seguir el curso de la enfermedad

Carcinogénesis Inducción del cáncer

Carcinógeno Cualquier sustancia que provoca cáncer, por ejemplo dioxinas, radiación

CCDA Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos

DRAFT

8

8.17

CD4, CD8, CD20, etc Familia de glucoproteínas, miembros específicos de las cuales sonexpresados por tipos específicos de células inmunológicas y quefuncionan como receptores, antígenos de diferenciación, activadores decélulas B, etc. Algunos miembros de esta familia, como el CD20, sonexpresados específicamente por varios tipos de leucemia y linfomas

Célula B Una de las dos principales clases de linfocitos; que secreta anticuerposcuando es estimulada por la unión a un antígeno.

Célula T Una de las dos principales clases de linfocitos, responsables de lainmunidad celular

Célula dendrítica Uno de los principales tipos de células presentadoras de antígenos concapacidad para activar las células T

Células natural killer Grandes linfocitos directamente citotóxicos para otras células

Células NK Véase células natural killer

Centrómero Región de un cromosoma que se une a los husos acromáticos, necesariopara asegurar la correcta distribución de los cromosomas durante lamitosis y la meiosis

C-erbB-2 Nombre alternativo para el gen HER2

Ciclina Moléculas que bloquean la fosforilación de las proteínas y forman partede los mecanismos de control del ciclo celular

Cinasa Enzima que transfiere los grupos de fosfato desde ATP a una moléculacomo las proteínas

Citocinas Pequeñas proteínas liberadas por las células, con efectos específicos enlas interacciones entre células, comunicación y comportamiento de otrascélulas

Citoplasma Sustancia de las células vivas situada en el exterior del núcleo

Citosina Una de las cuatro bases de las que consta el DNA

Citotóxico Que causa la muerte celular

Complejo principal También llamados antígenos linfocitos humanos (HLA), las moléculas de

de histocompatibilidad MHC son una clase de antígenos asociados a la membrana celular altamente polimórficos que son necesarios para el reconocimiento deantígenos por parte de las células T

Complemento Grupo de proteínas que actúan en cascada para causar al final la lisisinmunitaria de las células

Cromatina Molécula que consta de DNA, RNA y proteína, y que forma el materialgenético de una célula

Cromosoma Estructura que consta de DNA y proteína, 23 pares de los cuales seencuentran normalmente en una célula humana diploide

Diferenciación Proceso mediante el cual células con rasgos generalizados seespecializan, por ejemplo, la formación de eritrocitos a partir deprogenitores eritroides

Dímero Compuesto formado por dos moléculas idénticas (también llamadohomodímero)

Diploide La presencia de dos series completas de cromosomas homólogos

DNA Ácido desoxirribonucleico, en el ser humano habitualmente se encuentracomo una molécula de doble hebra que codifica la información genéticanecesaria para el funcionamiento celular

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8.18

Electroforesis Técnica utilizada para separar moléculas como polipéptidos yoligonucleótidos, empleando un campo eléctrico para moverlos a travésde un gel

ELISA Inmunoensayo sensible que utiliza una enzima unida a un anticuerpo oantígeno como marcador para la detección de una proteína específica,especialmente un antígeno o anticuerpo. A menudo se emplea comoprueba diagnóstica, sobre todo para muestras de sangre

Endonucleasa Enzima que corta los polinucleótidos en una secuencia de nucleótidosespecífica en una hebra de DNA

Enfermedad autoinmune Enfermedad en la que el sistema inmunitario reacciona frente a moléculaspropias

Epidemiología Estudio de la frecuencia y distribución de una enfermedad, incluyendo lainvestigación de los factores implicados en su etiología

Epítopo Región de un antígeno que estimula la producción de un anticuerpoespecífico. Los antígenos pueden contener distintos epítopos, cada uno delos cuales estimula la producción de un anticuerpo diferente

erbB Nombre alternativo para la familia de receptores del factor decrecimiento epidérmico humano

Eritropoyetina Factor de crecimiento que induce la proliferación de los precursores deeritrocitos

Exon Secuencias de DNA de un gen que codifican proteína

Exonucleasa Enzima que corta el DNA al final de una hebra

Factor de crecimiento Cualquier sustancia que estimula el crecimiento de huesos o tejidos.Pueden ser vitaminas, minerales u hormonas y ejercer su efecto a travésde los receptores de factores de crecimiento. Entre los ejemplos se cuentael factor de crecimiento epidérmico

Factor de necrosis Proteína y citocina que preferiblemente elimina células tumorales y con untumoral αα amplio abanico de acciones pro-inflamatorias

Factores estimuladores Grupo de citocinas que inducen la maduración y proliferación de de colonias leucocitos

Fago Virus que infecta bacterias y es útil como vector de clonación

Fagocito Célula que elimina partículas extrañas como los virus ingiriéndolos

Fenotipo Expresión de la interacción entre la constitución genética de una célula ysu entorno como características mesurables de la célula

Filgrastim Forma recombinante del factor estimulador de colonias de granulocitoshumano utilizado como terapia de apoyo para evitar y mejorar laneutropenia

Fosforilación Proceso mediante el cual las proteínas se activan por la adición degrupos de fósforo y que es importante para las vías de señalizaciónintracelulares

Gen supresor de tumores Cualquier gen que normalmente actúa para inhibir el crecimiento celular,cuya mutación o deleción puede dar lugar a un crecimiento celular noregulado y cáncer

GMP Guanosinmonofosfato

Guanina Una de las cuatro bases de las que consta el DNA

Haploide Presencia de uno, y no dos, de cada uno de los cromosomas quenormalmente contiene una célula. En el caso de los humanos, estánpresentes 23 y no 46 cromosomas

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8

8.19

Hematopoyesis Crecimiento y maduración de los componentes celulares de la sangre,incluyendo eritrocitos, leucocitos y plaquetas

HER2 Receptor del factor de crecimiento epidérmico humano-2, un receptor detirosina cinasa que se encuentra en las células epidérmicas. El gen HER2es un protooncogén que está amplificado en varios tipos de tumor, sobretodo en el cáncer de mama. La amplificación/sobreexpresión del HER2se asocia con enfermedad agresiva y un pronóstico desfavorable

Herceptin® Anticuerpo monoclonal humanizado anti-HER2; se ha demostrado quetiene un beneficio significativo en el tratamiento de cáncer de mamametastásico HER2-positivo

Heregulina Término general utilizado para describir los ligandos de HER3 y HER4(véase también neuregulina)

Heterodímero Compuesto formado por la combinación de dos moléculas relacionadaspero distintas

Hibridación in-situ por Técnica en que los genes se marcan con sondas de DNA unidas afluorescencia marcadores fluorescentes

Hibridoma Línea celular inmortal formada por la fusión de células de dos tiposdistintos, que se utiliza en la producción de anticuerpos monoclonales

Histamina Molécula liberada durante las respuestas alérgicas que causa lacontracción del músculo liso y un aumento de la permeabilidad vascular

Homología El hecho de ser similar o idéntico en secuencia o estructura

Inmunidad celular Parte de la respuesta inmunitaria debida a células como las células T ylos macrófagos

Inmunidad humoral Parte de la respuesta inmunológica debida a los anticuerpos y el sistemadel complemento en el plasma

Inmunoconjugado Compuesto formado por la unión de una toxina o radionúclido a unanticuerpo con el objetivo de dirigir la terapia a una célula o tejidoconcretos

Inmunogénico Capaz de provocar una respuesta inmunológica

Inmunoglobulina Familia de proteínas que forman anticuerpos

Inmunohistoquímica Prueba que identifica moléculas diana específicas utilizando anticuerposmarcados

Inmunoterapia Terapia que utiliza anticuerpos u otros componentes del sistemainmunitario, o que utiliza antígenos diseñados para estimular unarespuesta inmunológica a un tumor

Interferón Clase de citocinas que actúan para evitar la síntesis proteica ydesempeñan un papel en la función inmunitaria

Interfase Período del ciclo celular entre divisiones en que se produce la síntesis delos constituyentes celulares

Interleucina Familia de citocinas que promueven la diferenciación, maduración yrespuesta de las células T a un antígeno

Intrón Secuencias de DNA de un gen que no codifican proteína pero que setranscriben a RNA

Leucocito Nombre alternativo para los glóbulos blancos, cuyas principales clasesincluyen los linfocitos y los monocitos

Ligando Molécula que se une a otra, por lo general mayor, por ejemplo unreceptor, causando frecuentemente su activación

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8

8.20

Linfocito Clase de leucocito de la sangre, de la médula ósea o del sistema linfátcocon un rol principal tanto en la inmunidad humoral como celular

Lipofílico La propiedad de ser soluble en lípidos o con afinidad por los lípidos

Liposoma Partícula esférica con bicapa lipídica que actúa como una membrana queencierra un compuesto de interés, como un fármaco. La incorporación delanticuerpo a la bicapa lipídica puede permitir a los liposomas serdirigidos a las células cancerosas

Lisozoma “Burbuja” de la membrana que contiene enzimas hidrolíticas

Lobular-alveolar Término que describe la estructura de la mama, dividida en 20 lóbulosdispuestos como los pétalos de una flor, que consisten de alveolos oestructras similares a sacos

MabThera® Anticuerpo quimérico que hace diana en CD20 utilizado en eltratamiento del linfoma CD20-positivo

Macrófago Célula inmunitaria localizada en tejidos con un rol importante en losmecanismos de defensa del huésped, especialmente contra las bacterias

MAP cinasa Proteína cinasa activada por mitógeno, implicada en las cascadas detransmisión de señales intracelulares y estimulada por factores deproliferación y diferenciación extracelulares

Megacariocito Célula gigante de la médula ósea vital para la producción de plaquetas

Meiosis Proceso mediante el cual las células se dividen para producir células hijacon la mitad del complemento normal de cromosomas

Metafase Estadio de la meiosis o la mitosis durante el cual los cromosomas sealinean

Metástasis A: la diseminación del cáncer desde su sitio inicial a otro lugar,habitualmente distante. B: tumor maligno secundario que se da en unlugar distante al del tumor primario

Microsfera Pequeñas partículas esféricas que pueden contener fármacos y puedenmarcarse con el propósito de rastrear su distribución en el cuerpo

Microtúbulo Estructura cilíndrica hueca que forma el ‘esqueleto’ de la célula

Mieloide Relacionado con la médula ósea

Mitocondria Orgánulo celular que es el centro de producción de energía y de latraducción de RNA para formar proteínas

Mitosis Proceso de división celular que produce dos células hija idénticas con elcomplemento normal de cromosomas

Monocito Leucocito de mayor tamaño que los linfocitos y relacionado con losmacrófagos

Myc Factor implicado en la regulación del crecimiento celular y con frecuenciaamplificado/sobreexpresado en muchos cánceres humanos

Neu El equivalente en ratas del gen HER2 humano

Neuregulina Término general usado para describir los ligandos de HER3 y HER4(véase también heregulina)

Neutrófilo Leucocito que recibe su nombre del color que adopta con la coloraciónde tinte de Romanowsky, y que desempeña un rol en las respuestasinmunológicas frente a infecciones bacterianas sistémicas y trastornosinflamatorios

Neutropenia Descenso en el recuento de glóbulos blancos caracterizado por pérdidade neutrófilos que puede conllevar complicaciones peligrosas para lavida y a menudo causado por quimioterapia con citotóxicos

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8.21

Núcleo Estructura delimitada por una membrana que contiene la informacióngenética de la célula

Nucleótido Componente básico del DNA, compuesto de una base nitrogenada, unaglucosa y un grupo fosfato, que incluye adenina, citosina, guanina,timina y uracilo

Oncogén Gen capaz de causar y mantener la transformación oncogénica de lascélulas

Orgánulo Estructura intracelular con función especializada, por ejemplo el núcleo ylas mitocondrias

p185HER2 Nombre alternativo para la proteína HER2

p53 Gen supresor de tumor que se cree tiene un rol en la regulación de laapoptosis, cuya función a menudo está ausente en el cáncer

Paracrina Forma de transmitir señales en cual la célula diana está cerca de la célulaque libera la señal

Plásmido Pequeños círculos de DNA que se encuentran en bacterias y otrosorganismos y que se utilizan para la clonación de DNA

Polimerasa Cualquier enzima que cause polimerización, por ejemplo la formación depolinucleótidos a partir de nucleótidos o de polipéptidos a partir depéptidos

Poliploide Presencia de múltiples del complemento normal de cromosomas

Profase Estadio inicial de la división celular durante la meiosis o la mitosis

Proteína ‘bomba’ Proteína de membrana implicada en el transporte activo de moléculas alinterior celular

Proteínas cinasas Moléculas que fosforilan proteínas y forman parte del mecanismo dedependientes de ciclinas control del ciclo celular

Proteómica Estudio de la forma, función y control de las redes proteicas celulares

Protooncogen Gen celular normal que se convierte en oncogén activo después de unamutación

Quimera Molécula producida por ingeniería genética para combinar DNA defuentes distintas. La molécula codificada contiene secuenciasseleccionadas de ambas fuentes progenitoras

Quimiotaxis Atracción de las células a una localización específica, a menudomediada por factores como las citocinas

Ras Familia de proteínas que ayudan a transmitir señales desde los receptoresde membrana al núcleo celular

Reacción en cadena de Técnica usada para amplificar secuencias diana de DNA que empleala polimerasa polimerasa y una mezcla de cuatro bases de DNA (adenina, citosina,

guanina y timina)

Receptor Molécula, a menudo una proteína, que se encuentra en la superficie de lacélula y que transmite señales desde el exterior al núcleo celular

Receptor de factor de Una molécula, a menudo una glucoproteína, localizada en la membranacrecimiento celular e implicada en la transmisión de señales comunicadas por los

factores de crecimiento al núcleo celular

Retículo endoplasmático Red de membranas en el interior celular, con funciones dealmacenamiento, transporte y síntesis proteica

Ribosoma Lugar de la síntesis proteica celular, que comprende RNA y proteína

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8

8.22

RNA Ácido ribonucleico, incluye formas conocidas como RNA mensajero, quetransporta la información del DNA a los ribosomas y determina lasecuencia de proteínas; RNA de transferencia, que incluye por lo menos20 variedades que se unen a los aminoácidos y reconocen los codonesen el RNA mensajero.

RT-PCR Técnica utilizada para convertir primero el RNA en DNA de una solahebra usando la enzima transcriptasa inversa, y producir despuésmúltiples copias complementarias de DNA usando la enzima polimerasay una mezcla de las cuatro bases de DNA (adenina, citosina, guanina ytimina)

Senescencia Proceso normal de envejecimiento aplicado tanto al organismo como alas células

Sigmoidoscopia Inspección del colon mediante endoscopio

Sistémico Relacionado con o que afecta la totalidad del cuerpo, por ejemplo laadminstración sistémica del tratamiento

Sobreexpresión Producción de una cantidad significativamente superior a la normal deuna proteína celular, habitualmente debida a amplificación del gen

Telofase Estadio final de la división celular durante la meiosis o la mitosis durantela cual se forman nuevas membranas nucleares

Telómero Terminales de los cromosomas, constituidos por secuencias de DNArepetitivas que se generan de novo por telomerasa durante la divisióncelular

Timina Una de las cuatro bases de las que consta el DNA

Traducción Proceso mediante el cual la secuencia de RNA mensajero ‘se lee’ paradeterminar la secuencia de aminoácidos de una proteína

Transcripción Producción de una hebra complementaria de RNA a partir del DNAnuclear

Transcriptasa inversa Enzima que permite la síntesis del DNA a partir del RNA

Transfección Transferencia de DNA que contiene un gen específico a una célula paraestudiar los efectos de ese gen

Transfectante Célula o animal que contiene DNA extraño

Transformación Cambio de una célula del estado normal al canceroso

Transformación oncogénica Proceso mediante el cual una célula normal se transforma en cancerosa

Transformante Célula que ha sufrido cambios que la convierten en maligna

Translocación Cambio de disposición de los cromosomas en que el material genético semueve de su localización normal a una distinta, a menudo rompiendogenes y causando anormalidades

Trombopoyetina Citocina implicada en la maduración de megacariocitos y por tanto en laproducción normal de plaquetas

Tirosina cinasa Enzima que activa proteínas fosforilando el aminoácido tirosina

Uracilo Base que se encuentra en el RNA

Vacuna En el ámbito de la oncología, uso de células tumorales modificadas,extractos de células tumorales y vectores que expresan antígenostumorales para estimular una respuesta inmunológica contra un tumorexistente

VEGF Factor de crecimiento endotelial vascular

Xenoinjerto Injerto quirúrgico de tejido de una especie a individuos de especiesdistintas o a su interior

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8

8.23

Bibliografía

Esta bibliografía no pretende ser un listado exhaustivo de todo el material de referenciausado para preparar este Manual Educativo, sino que ha sido diseñado para indicar lasfuentes principales que proporcionen más información a aquellas personas interesadasen profundizar los temas tratados.

Módulo 1

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8

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Módulo 7

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8

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Ponder BAJ. Setting up and running a familial cancer clinic. Br Med J 1994; 53:732–45.

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Introducción a este manual

Módulo 1. La historia hasta el momento

● Introducción: La carga del cáncer 1.1

● Cuestionario de autoevaluación 1.2

● Variación internacional en la incidencia del cáncer 1.3

● Cambios en la incidencia del cáncer con el tiempo 1.5

● El efecto de la terapia en la supervivencia del cáncer 1.8

● Prevención del cáncer 1.9Factores implicados en el desarrollo del cáncer 1.9Vigilancia y cribado del cáncer 1.10Cirugía profiláctica y quimioprevención 1.11

● Tratamiento del cáncer: una perspectiva histórica 1.12Cirugía 1.12Radioterapia 1.13Terapia hormonal (endocrina) 1.14Quimioterapia 1.14Terapia Biológica (Inmunoterapia) 1.18

● Resumen 1.19



● Introducción 2.1


● Marco general de la replicación celular 2.3Introducción 2.3El ciclo celular 2.4Mecanismos de división celular 2.5Mitosis 2.6Meiosis 2.7Importancia de la mitosis y meiosis 2.10

● Factores y vías implicados en el control de la replicación celular 2.10El sistema de control del ciclo celular 2.10Factores de crecimiento 2.11Receptores de factores de crecimiento 2.14Dependencia del anclaje 2.14Senescencia celular 2.14Apoptósis – la muerte celular programada 2.15

● Resumen 2.15


Indice de contenidos

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Módulo 3. Bases genéticas del desarrollo del cáncer



● Biología Molecular/Genética — Lo básico 3.3Células y tejidos 3.3DNA 3.3Replicación del DNA 3.4Genes 3.4Cromosomas 3.4Genoma 3.4El código genético 3.4RNA 3.5Proteínas 3.5¿Porqué es tan valioso este conocimiento? 3.6

● Oncogenes y genes supresores de tumores 3.6Oncogenes 3.6Genes supresores de tumores 3.8Genes de reparación de apareamientos incorrectos 3.8

● Anormalidades genéticas en el desarrollo del cáncer 3.9p53 3.10Ras 3.11Myc 3.11HER2 3.12

● Señalización celular 3.13Objetivo de la señalización 3.14Transducción de señal 3.15

● Vias de señalización 3.16HER2 3.16TGF-β/Smad 3.18Ras y Raf-1/ERK2 (MAPK) 3.18

● Oncogénesis y crecimiento tumoral 3.18Desarrollo de un tumor 3.18Las mutaciones aumentan a medida que aumenta el tumor 3.20

● Resumen 3.20


ContentsIndice de contenidos

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Módulo 4. EL Sistema Inmunitario: La base para todas las terapiasbiológicas

● Introducción 4.1● Cuestionario de autoevaluación 4.2● Comprender el Sistema Inmunitario 4.3

¿Qué es una respuesta inmunológica? 4.3¿Qué es un antígeno? 4.3¿Qué es un anticuerpo? 4.3Producir diferentes anticuerpos 4.5Las células que presentan antígenos estimulan los clones de linfocitos 4.6Crear una vasta diversidad de anticuerpos 4.7Función de los anticuerpos 4.8

● El sistema inmunitario innato 4.8El sistema de complemento- el efecto dominó 4.9Fagocitos 4.10Células agresoras naturales 4.10

● El sistema inmunitario adquirido 4.10● Respuestas inmunológicas celulares 4.10

Linfocitos 4.10● Producir anticuerpos en el laboratorio 4.12

Producir anticuerpos monoclonales en el laboratorio 4.12● El sistema inmunitario y la enfermedad 4.15

Cáncer 4.15● Resumen 4.16


Módulo 5. Tecnologías que han hecho posible las terapias biológicas

● Introducción 5.1● Cuestionario de autoevaluación 5.2● Desarrollos tecnológicos 5.3

Tecnología del DNA recombinante 5.3Clonación genética 5.5

● Ingeniería genética – rediseñar los genes 5.9Cultivo de células animales 5.10Transfección 5.11

● Aplicación de las nuevas tecnologías en el entorno oncológico 5.11Los anticuerpos como herramientas para la biología molecular y la bioquímica 5.12Inmunohistoquímica 5.12ELISA 5.13Hibridación in-situ 5.13Reacción en cadena de la polimerasa 5.14

● Genómica funcional 5.16El Proyecto Genoma Humano 5.16Bioinformática 5.17

● Resumen: aplicaciones de este conocimiento 5.17



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Módulo 6. Las terapias biológicas explicadas



● ¿Porqué usar terapias biológicas para tratar el cáncer? 6.3

● Tipos de terapias biológicas 6.3Terapia con citocinas 6.4Terapias basadas en anticuerpos 6.7Vacunas contra el cáncer 6.14Terapia genética 6.16Terapia celular 6.18

● Terapia biológica direccionada versus no direccionada 6.20Utilizando las anormalidades tuumorales específicas para direccionar la terapia 6.20Ventajas de las terapies direccionadas 6.20

● Historia clínica 1: filgrastim, un agente biológico no direccionadousado como terapia de soporte 6.21Hematopoyesis 6.21Factores de crecimiento hematopoyéticos 6.22Efectos del filgrastim in vivo 6.22Uso clínico del filgrastim 6.22Historia clínica – G-CSF 6.24Resumen 6.26

● Historia clínica 2: IL-2 recombinante, un agente biológico nodireccionado con actividad antitumoral 6.27La actividad de la IL-2 6.27La IL-2 como terapia antitumoral 6.27Historia clínica – IL-2 6.29Resumen 6.30

● Historia clínica 3: terapia con anticuerpo monoclonalhumanizado anti-HER2, un agente antitumoral biológicodireccionado a oncogen 6.30Base lógica para hacer diana en el HER2 6.31Desarrollo de una terapia direccionada a HER2 6.31Selección de pacientes para la terapia con Herceptin® 6.31Experiencia clínica con Herceptin® 6.32Historia clínica – Herceptin® 6.34Resumen 6.36

● Conclusiones 6.37



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● Caracterización genética de los tumores 7.4Micromatrices de DNA complementario 7.4Proteómica 7.5

● Mayor desarrollo de las aproximaciones existentes 7.5Terapia basada en citocinas 7.6Terapia basada en anticuerpos 7.6Vacunas contra el cáncer 7.10Terapia genética 7.11Terapia basada en células 7.11

● Nuevas aproximaciones: hacer diana en la angiogénesis tumoral 7.11

● Resumen: implicaciones para los paciente con cáncer 7.14


Apéndice

● Respuestas a los cuestionarios de autoevaluación 8.1

● Glosario de términos 8.16

● Bibliografía 8.23


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Introducción a este manual

Este manual educativo ha sido diseñado y desarrollado por un equipo de enfermerasoncológicas expertas. Pretendemos que sea utilizado como herramienta por los educadores deenfermeras oncológicas, para mejorar la comprensión de la investigación y terapiasoncológicas actuales. También será una referencia para aquellas personas que deseen mejorarsus fundamentos sobre biología molecular y genética del cáncer e inmunología. Este materialincluye la información científica básica acerca del cáncer y describe cómo una mejorcomprensión de la biología y la genética del cáncer, junto con los últimos avancestecnológicos, han conllevado el desarrollo de un grupo de nuevas terapias biológicas, queexplotan las propiedades únicas del sistema inmunitario. Este conocimiento es la base paracomprender cómo funciona esta nueva clase de fármacos y su potencial para modificar laforma en que tratamos a los pacientes con cáncer. En este manual educativo, los conceptostratados se han ilustrado con tablas y figuras para una mayor comprensión. Al principio y alfinal de cada módulo educativo aparecen una serie de preguntas para permitir evaluar lacomprensión de los principios y conceptos tratados.

La carga del cáncer

Los datos muestran claramente que el cáncer impone una carga formidable en la sociedadcontemporánea. Como se describe en el módulo 1, la incidencia y las tasas de mortalidad porcáncer aumentaron de forma constante en el mundo desarrollado a lo largo del siglo XX,debido sobre todo al hecho de que vivimos más tiempo y la población global crecerápidamente. No es sorprendente que la prevención y el tratamiento oncológicos sigancontando entre las principales áreas de investigación clínica. Medidas como aumentar ymejorar el cribado han tenido un impacto significativo en las tasas de supervivencia del cánceren las últimas décadas. También se han conseguido avances en el tratamiento del cáncer, conel desarrollo de agentes quimioterápicos y hormonales cada vez más sofisticados. Pero lasdistintas modalidades terapéuticas que pueden resultar eficaces para el tratamiento del cáncerpresentan un gran inconveniente: a menudo son invasivas o se asocian con una toxicidadimportante debido a sus propiedades no selectivas. Además, el beneficio clínico de losregímenes de quimioterapia primaria no específicos resulta limitado, ya que existen pocosindicios de un impacto importante en las tasas globales de supervivencia. Este hecho justificanuevas modalidades terapéuticas que ofrezcan beneficios clínicos adicionales con unatoxicidad similar o menor. Un tipo de tratamiento que cumple con estos requisitos es la terapiabiológica.

Funcionamiento normal de la célula

Las estrategias terapéuticas racionales, por ejemplo las que hacen diana en una moléculaespecífica en una célula, son diseñadas tras comprender cómo funcionan e interactúan lascélulas y cómo pueden fracasar los procesos celulares. El módulo 2 revisa los procesos que sedan durante el crecimiento y proliferación celulares normales mediante el ciclo celular, esbozacómo se controla el ciclo celular, y qué puede ocurrir cuando estas funciones reguladoras estándeterioradas. Uno de los resultados más trascendentes de la regulación defectuosa del ciclocelular es el cáncer, como resultado de un crecimiento celular incontrolado.

Biología molecular, genética y cáncer

El módulo 3 revisa la biología molecular y la genética de la célula, antes de centrarse en las

Introduction

1

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Introduction

2

alteraciones y anormalidades celulares que pueden dar lugar a un fracaso en el control delcrecimiento celular y a la producción de células malignas.

Hace más de dos décadas que los científicos saben que el cáncer es una enfermedad genéticay que revolver el DNA puede hacer que una célula se divida sin control, y no de formamesurada. La mayoría de los cánceres derivan de cambios en el DNA de la céluladenominados mutaciones, que se dan de novo en el individuo afectado. El módulo 3 muestracómo una mutación marca el inicio del cáncer y que dos tipos de genes principales, losprotooncogenes y los genes supresores de tumores, son altamente propensos a la mutación y amenudo se asocian con el cáncer. Las proteínas elaboradas por estos genes se encuentranentre los factores importantes que participan en las vías complejas para proporcionar loscontroles normales de la replicación celular. Este módulo presenta una relación exhaustivasobre cómo las anormalidades en estas vías están implicadas en el crecimiento tumoral y eldesarrollo del cáncer. Se considera asimismo la capacidad de las células cancerosas deliberarse y metastatizar a partir del tumor primario y se introduce el concepto de muerte celular(apoptosis), básica para el desarrollo del cáncer.

Una pequeña proporción de cánceres son heredados, es decir, que las mutaciones pasan deuna generación a la siguiente. Por ejemplo, se cree que entre 5–10% de los cánceres demama están asociados con un cambio genético heredado en dos genes, BRCA1 y BRCA2,aunque el nivel de riesgo asociado y el valor del cribado genético aún se están estudiando.Los temas enfermeros relacionados con la predisposición o el cribado genéticos quedan másallá del alcance de este manual. Sin embargo, en la bibliografía se sugieren otras lecturascomplementarias (véase página 8.28).

El sistema inmunitario como base para la terapia biológica del cáncer

Comprender el sistema inmunitario es especialmente relevante para la terapia biológica, yaque éste forma la base de todas las terapias biológicas. El módulo 4 pretende comunicar porqué las terapias biológicas se han convertido en factibles y también en centro de lainvestigación terapéutica en el cáncer, y cómo el conocimiento de la función del sistemainmunitario puede aplicarse al entorno terapéutico. Se describe el mecanismo fundamental delsistema inmunitario, como respuestas inmunológicas, antígenos y anticuerpos y sus funcionesespeciales, y se explica cómo pueden producirse anticuerpos en laboratorio para su usoclínico.

De la teoría a la terapia: tecnologías intrínsecas al desarrollo de las terapiasbiológicas

Nuestra mejor comprensión de los acontecimientos moleculares subyacentes a los procesosbiológicos proporciona un medio teórico de dirigir concretamente la terapia oncológica a loserrores moleculares específicos en las células cancerosas. Los importantes avances tecnológicosen biología molecular y biotecnología han convertido este potencial en realidad, impulsando eldesarrollo de nuevos enfoques del tratamiento de pacientes con cáncer. El módulo 5 tratatécnicas de investigación revolucionarias como la secuenciación del DNA, y dedica especialatención al impacto en la práctica clínica de un procedimiento llamado tecnología del DNArecombinante. También presenta cómo los avances tecnológicos han facilitado el desarrollo depruebas para factores implicados en la patogénesis del cáncer, y el descubrimiento ydesarrollo de nuevas terapias que evitan el crecimiento y diseminación del cáncer.

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Terapias biológicas: ¿de qué disponemos, a dónde vamos?

El fundamento lógico para usar terapias biológicas en el cáncer es su especificidad y sucapacidad para hacer diana en tumores. El módulo 6 proporciona una revisión detallada delos distintos tipos de agentes biológicos que se han investigado, incluyendo citocinas,anticuerpos, terapias genéticas y vacunas, ilustra los usos de estos agentes como terapiasantineoplásicas directas y de soporte, así como el potencial de futuros progresos. Se tratan condetalle varios agentes biológicos representativos (factor estimulador de colonias degranulocitos [filgrastim], interleucina-2 recombinante y Herceptin®). Las historias clínicas ilustranlas diferencias entre los agentes de soporte no específicos como filgrastim, los agentesbiológicos no específicos con actividad antineoplásica, por ejemplo la interleucina-2, y losagentes direccionados a tumores que están revolucionando el tratamiento oncológico, comoHerceptin®.

El módulo 7 mira al futuro. Se están produciendo cambios significativos en la forma de tratar elcáncer y se está produciendo un cambio fundamental, pasamos de agentes tóxicos noespecíficos a una variedad de nuevos agentes que hacen diana específicamente en proteínasrelacionadas con tumores. La investigación define una variedad en constante expansión dedianas para las nuevas terapias. Además, la caracterización genética de los tumores hacemejorar nuestra comprensión de por qué tumores del mismo tipo pueden comportarse demanera distinta, lo que permite diseñar la terapia según las características del tumor. Seanticipa que las terapias biológicas clínicamente disponibles se expandirán de formaimportante durante los próximos 5 años, un desarrollo con un impacto significativo en eltratamiento futuro de los pacientes con cáncer. El módulo 7 considera el rol que desempeñarála caracterización genética cada vez mayor de los tumores, y trata el desarrollo futuro deaproximaciones ya existentes, como las terapias basadas en anticuerpos y citocinas. Por últimose tratan nuevas aproximaciones como la anti-angiogénesis direccionada.

Los avances en terapia biológica cada vez influyen más en la práctica de la enfermeríaoncológica. Los principios básicos y los estudios preclínicos presentados en este manualeducativo proporcionan las bases para la comprensión y la aplicación con éxito de nuevostratamientos oncológicos en el entorno clínico. Como tal, deberían ser de interés para todas lasenfermeras oncológicas.

Esperamos que este manual les resulte interesante, instructivo y, sobre todo, una ayuda valiosaen su rol como educador de enfermeras oncológicas.

Introduction

3

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Módulo 1. Cáncer: la historia hasta el momento

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1Cáncer: la historia hasta el momento

Introducción: la carga del cáncer

La incidencia del cáncer y la mortalidad debida a la enfermedad han aumentado de formaconstante en el mundo desarrollado a lo largo del último siglo. Las principales razones de estosaumentos son el envejecimiento y el crecimiento demográfico, ya que la incidencia del cánceraumenta con la edad y el número absoluto de casos aumenta a medida que crece lapoblación. Es posible que las mejoras en el diagnóstico hayan contribuido también a ello. Seacuál sea la causa de este aumento, el sufrimiento humano provocado por el cáncer es enorme,y el coste del tratamiento y el cuidado de las personas con cáncer contribuye de formaimportante a los gastos cada vez mayores de los servicios sanitarios.

La escala del problema que deriva del cáncer puede ilustrarse revisando brevemente los datosderivados de encuestas epidemiológicas internacionales. Hay datos exhaustivos disponibles deorganizaciones como la International Agency for Research on Cancer (IARC) de laOrganización Mundial de la Salud (OMS) y del programa US Surveillance, Epidemiology andEnd Results (SEER), administrado por el National Cancer Institute (NCI). Estas organizacionesposeen extensas bases de datos sobre la incidencia y la mortalidad del cáncer. Varios paíseseuropeos han establecido también registros nacionales sobre el cáncer, mientras que los datosde países en vías de desarrollo son más limitados. Es posible comparar las tasas entre paísesutilizando información de la IARC.

1.1

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1

Cuestionario de autoevaluación

1. El cáncer representa un problema sanitario global, pero existen variaciones internacionalesen la incidencia y el tipo de cáncer, y la mortalidad asociada. ¿Qué factores influyen enestas diferencias?





Las respuestas a estas preguntas aparecen en la página 8.1.

1.2

Variación internacional en la incidencia del cáncer

En la Unión Europea (UE) en 1996, el año más reciente del que tenemos datos:

● se diagnosticaron más de 1,5 millones de casos

● 925.146 personas murieron de cáncer, una incidencia de casi 250 casos por 100.000personas.

La tabla 1.1 muestra el número de casos de cáncer y muertes en la UE según el tipo de cáncer.

Se observa una amplia variación en las tasas de mortalidad por cáncer entre los países queconstituyen la UE, un rasgo no aparente en los datos colectivos que se presentan en la tabla1.1. Por ejemplo, la tasa de mortalidad por cáncer ajustada a la edad, es decir las tasas demortalidad calculadas para tener en cuenta la edad del paciente, para hombres y mujeres esdel 154,7 y del 92,9 por 100.000 en Austria, comparado con 180,2 y 126,9 por 100.000en el Reino Unido.

Tabla 1.1. Número de casos y muertes debidas al cáncer paratodas las localizaciones del cáncer en la UE en 1996.

Localización Número de casos Número de muertes

Todas las localizaciones* 1.541.987 925.146Colorrectal 213.103 110.669Mama 209.548 76.030Pulmón 191.348 180.570Próstata 134.865 55.704Sistema reproductor 109.008 43.544Gástrico 74.965 59.088Linfoma 59.800 27.041Cavidad oral y faringe 55.638 19.930Riñón 43.137 21.773Páncreas 38.349 43.510Leucemia 36.616 28.647Melanoma 33.886 8.415Hígado 28.369 33.354Cerebro y otros SNC 26.444 20.832Laringe 26.061 10.740Esófago 24.778 23.061Mieloma múltiple 18.130 14.086Tiroides 14.131 3.150Otros 208.611 145.002

* Ninguna de las estimaciones anteriores incluye cánceres no invasivos o cánceres cutáneos de células basales yescamosas. Sin embargo, el cáncer de piel es más frecuente que el de cualquier otro órgano, y el melanomaconstituye sólo el 10% de los cánceres de piel diagnosticados en Europa. Se espera que en el año 2000, sólo en losEstados Unidos, se diagnostiquen más de 1,3 millones de casos de cáncer de piel de células basales y escamosas.

SNC = sistema nervioso central

Datos extraídos de la base de datos EUCAN (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm).

1.3

Se observa unaamplia variaciónen las tasas demortalidad porcáncer entre los

países queconstituyen la

UE . . .

1

La escala del problema del cáncer globalmente es también enorme. Lo ilustra las estimacionesde la incidencia y las muertes por cáncer en el año 2000 en los Estados Unidos:

La escala delproblema del

cáncerglobalmente es

también enorme.

DRAFT

1

● se esperaba diagnosticar aproximadamente 1.220.100 nuevos casos de cáncer

● se esperaba que aproximadamente 552.200 personas murieran de cáncer, lo querepresenta más de 1.500 personas al día

● hoy en día aproximadamente una de cada cuatro muertes se debe al cáncer.

Esto hace que el cáncer sea la segunda causa de muerte en los Estados Unidos, superada sólopor las cardiopatías.

La variación en las tasas de mortalidad por cáncer observada en la Unión Europea tambiénse observa internacionalmente. La tabla 1.2 muestra las tasas de mortalidad del cáncer poredades, en países seleccionados de todo el mundo para el período 1994–97. Muestra que latasa de mortalidad global del cáncer es similar en la mayoría de los países principales,especialmente en los hombres, con Rusia como excepción notable. Sin embargo, el examen delocalizaciones del cáncer en órganos específicos muestra una variación marcada en las tasasde ciertos países. Obsérvense por ejemplo las altas tasas de mortalidad por cáncer deestómago en China, Japón y Rusia, o la alta tasa de muertes por cáncer de cavidad oral enFrancia. De forma notable, las tasas de mortalidad por cáncer de mama son más bajas enJapón y China. Ello refleja, por lo menos en parte, diferencias en factores ambientales como la

Tabla 1.2. Tasas de mortalidad por cáncer según la edad por100.000 personas en países seleccionados de todo el mundo,1994–1997.

Todas las Cavidadlocalizaciones oral Colorrectal Mama Próstata

País Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Mujer Hombre

Francia 188,2 84,8 11,3 1,3 16,6 9,6 19,6 15,8 Alemania 169,5 103,3 6,5 1,2 20,8 14,0 21,7 16,6España 173,2 79,8 7,0 0,9 16,4 10,0 17,5 13,9R. Unido 164,2 116,5 2,9 1,1 18,0 11,6 24,5 16,6Rusia 237,1 107,6 9,1 1,1 18,2 12,6 16,1 7,2Australia 156,7 98,2 4,1 1,2 20,2 13,3 19,9 19,0Japón 155,2 75,7 3,1 0,8 17,1 9,9 7,7 5,1China 149,9 83,5 2,6 1,1 7,9 6,4 5,0 NDEUA 156,0 108,3 3,2 1,1 15,2 10,4 20,0 15,9Canadá 156,2 106,6 3,8 1,3 16,1 10,3 21,5 16,4

Pulmonar Útero Estómago Leucemia

País Hombre Mujer Cérvix Otros Hombre Mujer Hombre Mujer

Francia 46,5 6,1 1,6 3,4 7,2 2,8 5,6 3,3 Alemania 45,4 9,4 2,8 2,8 12,00 6,3 5,5 3,5España 48,7 3,9 1,8 2,5 6,6 3,5 4,5 3,2R. Unido 46,6 20,5 3,0 2,1 9,5 3,9 4,7 3,0Rusia 70,5 7,0 5,0 4,9 36,9 15,3 5,1 3,5Australia 38,8 13,6 2,6 1,7 6,6 2,7 6,1 3,6Japón 31,7 8,5 1,9 2,0 30,2 12,3 4,1 2,5China 37,3 15,8 3,0 ND 26,9 12,7 3,7 3,0EUA 52,3 26,6 2,4 2,5 4,4 2,0 6,3 3,7Canadá 50,0 23,0 1,9 2,2 6,2 3,0 5,5 3,2

ND= no disponible

Datos de la base de datos EUCAN (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm) y la OMS.

1.4

La variación en lastasas de

mortalidad porcáncer observada

en la UniónEuropea también

se observainternacionalmente.

DRAFT

1

dieta, que influyen en el desarrollo del cáncer (véase Factores implicados en el desarrollo delcáncer en la página 1.9).

La variación internacional en la incidencia de tipos seleccionados de cáncer se muestra deforma gráfica en la figura 1.1. La diferencia en la incidencia del cáncer de mama y depróstata entre China o Japón y Europa Occidental y Norteamérica es considerable, y se sitúaentre un mínimo de 3 veces superior y más de 30 veces superior. Obsérvese también la altaincidencia del melanoma entre los varones australianos y del cáncer de pulmón en mujeres enHong Kong.

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00 w

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Figura 1.1. Variación internacional en la incidencia de tipos seleccionados de cáncer: (A) cáncer depulmón en mujeres; (B) cáncer de mama en mujeres; (C) cáncer de próstata en hombres; y (D)melanoma en hombres. Reproducido con autorización, de Tannock IF, Hill RP, editores. The BasicScience of Oncology, 3ª edición, Nueva York: McGraw-Hill; 1998, p.16.

1.5

Esta variación en la incidencia del cáncer también se observa en el interior de cada país. Elestudio EUROCARE II, por ejemplo, ha demostrado que la incidencia relativa del cáncer delaringe varía del 11,6 en Tarragona hasta el 18,2 en el País Vasco, ambos en España. Estasvariaciones reflejan diferencias en factores ambientales como la dieta o el consumo de tabaco,que afectan el desarrollo del cáncer, y posiblemente diferencias genéticas entre poblaciones.

Cambios en la incidencia del cáncer con el tiempo

La incidencia del cáncer varía de forma importante no sólo entre distintos países sino tambiéncon el tiempo. La figura 1.2 muestra el cambio en las tasas de mortalidad estandarizadas paratodos los tipos de cáncer, para el cáncer de mama, pulmón y colon en países europeosconcretos en la última mitad del siglo XX.

1

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96

Figura 1.2. Tasas de mortalidad estandarizadas para todos los cánceres (A, mujeres; B, hombres), cáncer de pulmón (C,mujeres; D, hombres), cáncer de colon (E, mujeres; F, hombres) y cáncer de mama (G, sólo mujeres) en países europeosseleccionados. Datos de la base de datos EUCAN (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm).

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Figura 1.3. Tasas de mortalidad por cáncer ajustadas a edad para; A) mujeres y B) hombres, segúnlocalización en órganos en los EUA, 1930-96. Reproducido con autorización, de American CancerSociety (www3.cancer.org).

80

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01930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

Colon and rectum

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Lung and bronchus

Pancreas

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Stomach

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Year

(B)

Estas curvas indican que la mortalidad global debida al cáncer en estos países alcanzó elpunto más alto en los años 70 y desde entonces ha descendido tanto en los hombres como enlas mujeres. Sin embargo, es interesante destacar que en el caso del cáncer de pulmón la tasade mortalidad en los hombres ha empezado a descender en los últimos años, mientras queentre las mujeres sigue aumentando. Este resultado se debe al aumento del consumo de tabacopor parte de las mujeres en la UE, que también se ha observado en los Estados Unidos(figura 1.3).

1.7

DRAFT

1

El efecto de la terapia sobre la supervivencia del cáncer

La diferencia en la incidencia del cáncer entre países y regiones y los cambios en las tasas demortalidad del cáncer con el tiempo indican el efecto marcado de los cambios en los factoresambientales y el estilo de vida, así como el efecto de la detección precoz y el cribado. Sinembargo, hasta el momento el tratamiento del cáncer ha tenido pocos efectos en las tasas desupervivencia globales, aunque la supervivencia puede aumentar, es decir, que el paciente concáncer puede vivir más pero el resultado por lo general sigue siendo el mismo –la muerte porcáncer.

Uno de los métodos más habituales usados para evaluar el impacto de la intervención en elcáncer es determinar las tasas de supervivencia en un período fijo de tiempo después deldiagnóstico inicial. La tasa de supervivencia a 5 años es una medida arbitraria habitual. Lavariación en esta tasa con el tiempo o la comparación de estas tasas entre países puedeproporcionar un indicativo importante del impacto de la intervención preventiva, educativa,dietética y sobre todo terapéutica. El cambio en las tasas europeas relativas de supervivencia a5 años para varios cánceres, es decir la supervivencia de los pacientes con cáncer comparadacon la de la población general, se muestra en la tabla 1.3 para el período 1978–89.

Tabla 1.3. Cambios en las tasas de supervivencia a 5 añosrelativas por año y diagnóstico, 1978–89.

Tasa de supervivencia a 5 años relativa (%)

Localización 1978–80 1984–86 1987–89

Cerebro 18 18 21Mama (mujer) 66 71 72Colon 40 48 48Esófago 5 8 9Linfoma de Hodgkin 66 73 73Riñón 44 47 50Leucemia linfocítica crónica 53 63 66Hígado 3 3 6Pulmón* 27 29 29Melanoma= 75 80 84Mieloma múltiple 27 30 27Linfoma no Hodgkin 43 46 50Ovario 30 35 33Páncreas 4 4 4Recto 38 42 46Estómago 17 21 21Testículo 79 86 92Huesos 40 55 53Tejidos blandos 55 60 59Cérvix uterino 61 63 64Cuerpo uterino 75 75 75

* Sólo se dispone de tasas de supervivencia a 1 año para los hombres y se muestran en la tabla

= Sólo se dispone de tasas de supervivencia a 5 años para personas entre 15 y 44 años y se muestran en la tabla.

Datos del estudio EUROCARE II

1.8

. . . el tratamientodel cáncer hatenido pocosefectos en las

tasas desupervivencia

globales, aunquela supervivencia

puedeaumentar . . .

DRAFT

1

Inmediatamente resulta aparente que la tasa de supervivencia a 5 años para el cáncer dehígado, páncreas y esófago es extremadamente baja, aunque la del cáncer de esófago casi seha doblado a lo largo de este período de 10 años. También se puede observar que las tasasde supervivencia a 5 años para ciertos otros cánceres han mejorado en este período de 10años, como en el cáncer testicular, cáncer de huesos y leucemia linfocítica crónica. Puededeberse por completo a mejoras en la detección precoz y la intervención, cuando es másposible que se produzca un impacto en el ratio de progresión de la enfermedad. Podemosobservar que las tasas de supervivencia a 5 años para ciertos otros cánceres apenas hanvariado entre 1979 y 1989, como en el cáncer de páncreas, pulmón, útero y mieloma múltiple.

Es posible que a lo largo de la próxima década las tasas de supervivencia para algunos tiposde tumor mejoren aún más. Un ejemplo sería el caso del cáncer de mama en el Reino Unido,donde un mejor cribado ha conllevado mejoras en los resultados de los últimos 5 años. Porotro lado, también es posible que un mejor reconocimiento de los factores causales y losesfuerzos para optimizar el uso de terapias antineoplásicas hayan producido mejoras en loscuidados.

Prevención del cáncer

Antes de tratar la historia del tratamiento oncológico conviene remarcar las medidas quepueden adoptarse para prevenir el desarrollo y la aparición del cáncer, ya que, como hemosmencionado, son medidas con un marcado efecto reconocido en las tasas de mortalidad porcáncer:

● prevención (prevención primaria)

● detección precoz (prevención secundaria), cuando es más posible que el tratamiento seaeficaz

● cirugía profiláctica, por ejemplo mastectomía, o quimioprevención (prevención terciara).

Las enfermeras tienen un rol claro a la hora de reforzar la prevención del cáncer, y tambiénestán implicadas en remarcar la importancia de la vigilancia regular, o de las pruebas y elcribado. Desempeñan un papel clave para identificar individuos de alto riesgo y asesorarsobre el estilo de vida, historia personal y familiar, y exposición ambiental u ocupacional aagentes causales. Los esfuerzos de las enfermeras deberían incluir también la promoción delseguimiento y la vigilancia de aquellas personas identificadas como de alto riesgo en concreto,pero también de la población general.

Factores implicados en el desarrollo del cáncer

Se han identificado muchos de los agentes causales primarios y/o secundarios (carcinógenos)implicados en la inducción del cáncer (carcinogénesis). La carcinogénesis es un proceso demuchos pasos que implica iniciación, promoción y transformación, como se verá en losmódulos 2 y 3. La clave para la prevención primaria del cáncer es evitar aquellos factores quepuedan conllevar la iniciación y promoción de la formación de un tumor primario. Los estudiosepidemiológicos han sido fundamentales para identificar aquellos factores ambientales en losque se puede hacer una mejor diana en las estrategias de prevención.

1.9

. . . la tasa desupervivencia a5 años para el

cáncer de hígado,páncreas yesófago es

extremadamentebaja . . .

DRAFT

1

Tabaquismo

El consumo de cigarrillos causa más de tres cuartas partes de los cánceres de pulmón yalrededor de un 30% de todas las muertes por cáncer. Aquellos que fuman 2 o más paquetesdiarios presentan tasas de mortalidad por cáncer de pulmón entre 15 y 25 veces mayores quelos no fumadores.

Otros tipos de tabaco

Consumir tabaco de mascar o rapé aumenta el riesgo de cáncer de cavidad oral, laringe,garganta y esófago.

Alcohol

El cáncer de cavidad oral, laringe, faringe, esófago e hígado se da con más frecuencia enpersonas que consumen alcohol habitualmente.

Exposición solar

La luz del sol es un factor principal en la inducción de numerosos casos de cáncer de piel decélulas basales y escamosas que se producen, y de forma más importante en el desarrollo delmelanoma. Las zonas geográficas con alta exposición a los rayos ultravioleta, como Australia,presentan altas tasas de melanoma.

Estrógenos

La terapia sustitutiva con estrógenos puede aumentar el riesgo de cáncer de mama, pero estemayor riesgo necesita compararse con los beneficios potenciales.

Radiación

La exposición excesiva a la radiación ionizante, como los rayos X, puede aumentar el riesgode cáncer. En casa debe evitarse la exposición excesiva al radón, un gas radioactivo, ya quese ha demostrado que aumenta el riesgo de cáncer de pulmón. El aumento en el riesgo esespecialmente elevado en fumadores expuestos al gas.

Riesgos ocupacionales

Numerosos agentes industriales como el níquel, el cromo, el amianto y el cloruro de vinilohacen aumentar el riesgo de cánceres específicos.

Nutrición

El riesgo de cáncer de colon, mama y útero es mayor en personas obesas. Las dietas altas engrasas pueden contribuir al desarrollo de cáncer de mama, colon y próstata. Los alimentos conalto contenido en fibra pueden ayudar a reducir el riesgo de cáncer de colon. Una dietavariada con abundantes vegetales y frutas ricas en vitaminas A y C puede reducir el riesgo deuna amplia variedad de cánceres. Los alimentos ahumados, curados con sal o con nitritos sehan relacionado con cáncer de esófago y estómago.

El Código Europeo Contra el Cáncer se muestra en la tabla 1.4 y recomienda medidassencillas basadas en los factores anteriores, que se sabe están implicados en la carcinogénesisy que pueden permitir evitar ciertos cánceres y producir mejoras en la salud general.

Vigilancia y cribado del cáncer

Pueden usarse distintas pruebas de examen para la prevención secundaria del cáncer, es decirla detección precoz del cáncer en personas asintomáticas con riesgo medio. Estas pruebasvarían por país según recursos económicos y prioridad. Las pruebas para el cáncer de mama yde cérvix mostradas en la tabla 1.4 son medidas relativamente simples que pueden ayudar a

1.10

El consumo decigarrillos causa

más de trescuartas partes delos cánceres de

pulmón yalrededor de un30% de todas

las muertes porcáncer.

DRAFT

1

Tabla 1.4. Las 10 recomendaciones del Código Europeo Contra elCáncer.

Algunos cánceres pueden evitarse y la salud general puede mejorar sise adopta un estilo de vida más sano

1. No fume. Si fuma, déjelo lo antes posible y no fume en presencia de otros. Si nofuma, no pruebe el tabaco.

2. Sea moderado en el consumo de alcohol, sea cerveza, vino o licores.

3. Aumente el consumo diario de vegetales y fruta fresca. Coma con frecuencia cerealesde alto contenido en fibra.

4. Evite el exceso de peso, aumente su actividad física y limite el consumo de alimentosgrasos.

5. Evite la exposición excesiva al sol y evite las quemaduras solares, sobre todo en lainfancia.

6. Aplique regulaciones estrictas para prevenir cualquier exposición a sustanciascancerígenas conocidas. Siga todas las instrucciones sanitarias y de seguridad sobresustancias que puedan causar cáncer.

Se pueden curar más cánceres si se detectan precozmente

7. Consulte a su médico si observa un bulto, una llaga que no cura (incluso las de laboca), un lunar que cambia de forma, tamaño o color, o cualquier hemorragiaanormal.

8. Consulte a su médico en caso de trastornos persistentes, como tos, ronquera, cambioen sus hábitos intestinales o urinarios o pérdida injustificada de peso.

Para las mujeres

9. Hágase regularmente un frotis vaginal. Participe en programas de cribadoorganizados para el cáncer cervical.

10. Examine sus senos con regularidad. Participe en programas de cribadomamográficos organizados si tiene más de 50 años.

detectar estos cánceres de forma precoz y pueden representar un impacto importante en lasupervivencia. Otras pruebas y procedimientos de cribado para el cáncer pueden incluir:

● sigmoidoscopia y excisión de pólipos para el cáncer colorrectal

● prueba de sangre oculta en heces para cánceres del sistema digestivo

● tacto rectal para el cáncer de próstata

● mamografía y ultrasonidos para el cáncer de mama

● los marcadores tumorales para el cáncer de ovario, por ejemplo niveles de CA125 ensangre.

La frecuencia de realización estas pruebas rutinariamente, y la edad en que se inician, varíade un país a otro, aunque existen recomendaciones internacionales. La frecuencia, alcance ytipo de exámenes para la prevención secundaria deberían aumentar en personas con altoriesgo de cáncer. El uso de pruebas para factores de predisposición genética, como BRCA1 yBRCA2 en mujeres con historia familiar de cáncer de mama, pueden identificar a aquellaspersonas con un mayor riesgo de cáncer.

1.11

DRAFT

1

Cirugía profiláctica y quimioprevención

La prevención terciaria basada en enfoques quirúrgicos o farmacológicos es relevante paraaquellas personas con riesgo de cáncer elevado. La mastectomía bilateral profiláctica, porejemplo, es una opción preventiva para mujeres que desean reducir el riesgo de cáncer demama. Se ha demostrado que proporciona una ventaja de supervivencia en mujeres jóvenescon mutaciones de BRCA1 y BRCA2, con una reducción de hasta el 90% en el riesgo decáncer de mama. Sin embargo, los cambios físicos y psicológicos implicados hacen que laelección sea difícil para muchas mujeres y se dispone de pocos datos acerca de la satisfaccióna largo plazo y la función psicológica y social que sigue a este procedimiento. Actualmente laaceptabilidad de la cirugía profiláctica entre las mujeres con riesgo de cáncer de mama esbaja en Europa. Por lo general, la decisión de someterse a cirugía profiláctica es una decisiónpersonal que debería tomarse siguiendo el consejo de un equipo multidisciplinar y, si esapropiado, realizando pruebas genéticas. Por lo tanto, el personal de enfermería debe serconsciente de los problemas complejos relacionados con las pruebas para las mutacionesBRCA1 y BRCA2 y la mastectomía profiláctica para poder proporcionar información actual alas pacientes y ayudarlas en la toma de decisiones. El consejo detallado y personalizado alpaciente es muy importante.

La quimioprevención pretende disminuir la incidencia del cáncer en personas con alto riesgopor medio de terapia farmacológica. Por ejemplo, la eficacia del antiestrógeno tamoxifenocomo agente quimiopreventivo en el cáncer de mama se ha estudiado en tres ensayoscontrolados randomizados, que han proporcionado resultados diversos. Los investigadores delNational Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project (NSABP) Breast Cancer Prevention Trialdescubrieron que el tamoxifeno reducía la incidencia del cáncer de mama casi a la mitad,mientras que los ensayos británico e italiano no descubrieron ningún beneficio significativo.Esta disparidad se debe en parte a las diferencias en las características de línea de base delriesgo de cáncer de mama entre las poblaciones del estudio, tamaños distintos de cohorte, usovariable de la terapia de sustitución hormonal y otros factores. Un estudio en progreso de laNSABP compara la eficacia del raloxifeno con la del tamoxifeno en mujeres post-menopáusicas con riesgo aumentado (basado en la edad, número de parientes de primergrado con cáncer de mama, número de hijos y edad de la mujer en el primer embarazo,hallazgos anormales en la biopsia de mama y edad de la primera menstruación) paradesarrollar cáncer de mama.

El valor de la profilaxis con tamoxifeno sigue siendo controvertido y debido al potencial deefectos secundarios vasculares y en el endometrio, las mujeres candidatas a un cursopreventivo de tamoxifeno deben ser aconsejadas respecto a los riesgos relativos y beneficios.Los beneficios de las mastectomía profiláctica relativa a la quimioprevención no se conocenactualmente ya que no existen estudios aleatorizados prospectivos que comparen estas dosestrategias.

Tratamiento del cáncer: perspectiva histórica

Las elecciones para el tratamiento oncológico dependen del estadio del tumor, de su tamaño,hasta que grado se ha extendido a tejidos circundantes, y si se ha extendido a tejidos distantes(metástasis). Las opciones de tratamiento pueden clasificarse de forma amplia en:

● cirugía

● radioterapia

1.12

Las eleccionespara el

tratamientooncológico

dependen delestadio deltumor . . .

DRAFT

1

● terapia hormonal (endocrina)

● quimioterapia

● terapia biológica (también llamada inmunoterapia).

Cirugía

La cirugía es la forma más antigua de tratar el cáncer. Antes de descubrir la anestesia y laantisepsis (métodos como la esterilización de instrumentos para evitar infecciones), la cirugíase realizaba con gran riesgo e incomodidad para el paciente. Hoy en día, la cirugía ofrece lamayor posibilidad de curación para muchos tipos de cáncer y alrededor del 60% de laspersonas con cáncer se someterán a algún tipo de cirugía.

La cirugía puede recomendarse para alcanzar uno o varios objetivos.

● Preventiva. Para extirpar un tumor que no es maligno, pero que se sabe está asociado conel desarrollo de una neoplasia, por ejemplo pólipos en el colon, o para extirpar un órgano,por ejemplo mastectomía profiláctica en pacientes con mutación en los genes desusceptibilidad al cáncer de mama y colectomía en pacientes con riesgo de cáncer decolon debido a mutaciones en el gen FAP.

● Diagnóstica. Para obtener muestras de tejidos para pruebas de laboratorio que confirmen eldiagnóstico y la identificación del cáncer.

● Estadiaje. Para determinar la extensión de la enfermedad usando procedimientos como lalaparoscopia o la laparotomía.

● Curativa. Para extirpar el tumor cuando está localizado con la esperanza de extirpar todoel tejido canceroso. Se considera tratamiento oncológico ‘primario’.

● Paliativa. Para tratar las complicaciones de la enfermedad avanzada, por ejemplo controldel dolor y mejor calidad de vida. La cirugía paliativa no intenta curar el cáncer, sinoprolongar la vida.

● De apoyo. Para ayudar en el tratamiento, por ejemplo colocar una línea vascular paraadministrar el tratamiento con quimioterapia.

● De apoyo. Para ayudar en el tratamiento, por ejemplo colocar una línea vascular paraadministrar el tratamiento con quimioterapia.

RadioterapiaLa radioterapia usa partículas de alta energía u ondas como los rayos X o los rayos gammapara destruir o dañar células cancerosas. Es una de las terapias oncológicas más antiguas yrentables y se estima que el 50–60% de todas las personas con cáncer recibirán radiación enalgún momento del tratamiento. La radiación se considera un tratamiento local porque sóloafecta a las células en el área tratada. Puede usarse en distintas fases de la enfermedad. En elcáncer de estadios precoces, la radioterapia puede utilizarse para intentar curar o controlar laenfermedad. También puede emplearse antes de la cirugía para hacer disminuir el tumor odespués de la cirugía para minimizar el riesgo de recidiva. En estadios avanzados, puedeusarse para tratar los síntomas, como el dolor. La forma más habitual de radioterapia es laexterna, cuando se administra mediante una máquina que dirige la radiación al lecho tumoral.Pero también es posible administrar radioterapia interna, colocando partículas radioactivas entumores (braquiterapia) o mediante inyección de líquidos radioactivos (terapia deradioisótopos). En ciertos tipos de cáncer la radioterapia puede usarse en combinación concirugía y/o quimioterapia.

1.13

. . . la cirugíaofrece la mayorposibilidad decuración para

muchos tipos decáncer . . .

. . . 60% de laspersonas con

cáncer sesometerán aalgún tipo de

cirugía.

La radioterapiausa partículas de

alta energía uondas como losrayos X o losrayos gammapara destruir odañar célulascancerosas.

. . . 50–60% detodas las personas

con cáncerrecibirán

radiación enalgún momentodel tratamiento.

DRAFT

1

Si bien la radioterapia puede destruir células cancerosas, también puede afectar algunas delas células circundantes normales. Estos efectos no específicos pueden causar algunos efectossecundarios que varían en incidencia según la zona irradiada y la dosis de radiación, y quedifieren de una persona a otra. Estos efectos incluyen:

● fatiga

● toxicidad hematológica

● estomatitis

● pérdida de apetito

● radiodermitis cutáneas

● ronquera

● alopecia

● dificultades de la deglución

● náuseas y vómitos

● diarrea.

Terapia hormonal (endocrina)

La terapia hormonal es el tratamiento con fármacos que interfieren la producción de hormonaso su acción, o la extirpación quirúrgica de glándulas secretoras de hormonas para eliminarcélulas cancerosas o moderar su crecimiento, por ejemplo la ablación de ovarios en el cáncerde mama. La terapia farmacológica a menudo implica agentes que alteran la acción oproducción de hormonas masculinas o femeninas y se usa para disminuir la velocidad decrecimiento del cáncer de mama, próstata y endometrio. Entre los ejemplos de terapiahormonal se incluyen estrógenos (estilbestrol, etinilestradiol), antiestrógenos (tamoxifeno),inhibidores de la aromatasa (fadrozol, anastrozol), progesteronas (acetato demedroxiprogesterona, acetato de megestrol), andrógenos (nandrolona) y antiandrógenos(aminoglutetimida, acetato de ciproterona).

Las terapias hormonales se asocian con menos efectos secundarios que las quimioterapiascitotóxicas, lo que las hace apropiadas como tratamiento preventivo. Sin embargo, algunasmujeres experimentan efectos secundarios:

● sofocos y sudoraciones

● náuseas, diarreas e indigestión

● aumento de peso

● cambios en el ciclo menstrual

● calambres musculares

● cambios de humor

● reacciones alérgicas

● cefalea

● trombosis.

1.14

DRAFT

1

Tabla 1.5. Tipos de fármacos quimioterápicos.

Clase de Mecanismo de acción y cánceresquimioterapia tratados Ejemplos

Agentes alquilantes Actúan directamente sobre el DNA Busulfán, carboplatino,para evitar la reproducción de células cisplatino, cancerosas. Se usa en la leucemia ciclofosfamida,crónica, linfoma no Hodgkin, dacarbazina,enfermedad de Hodgkin, mieloma ifosfamidamúltiple y ciertos cánceres de mama,pulmón y ovario

Antimetabolitos Interfieren con el crecimiento de DNA y 5-fluorouracilo,RNA. Usados para tratar leucemias metotrexato,crónicas y tumores de ovario y tracto gemcitabina, gastrointestinal citarabina, fludarabina

Antibióticos Interfieren con el metabolismo del DNA Bleomicina,antitumorales y la mitosis o alteran las membranas dactinomicina,

celulares. Usados en una gran variedad daunorubicina,de cánceres doxorubicina,

epirubicina

Inhibidores mitóticos Inhiben la mitosis o inhiben las enzimas Paclitaxel, docetaxel,implicadas en la síntesis de proteínas etopósido, vinblastina,necesaria para la reproducción celular. vincristina, vinorelbinaUsados en una gran variedad de cánceres

Nitrosoureas Actúan de manera similar a los agentes Nitrosourea,alquilantes, inhibiendo las enzimas carmustina, lomustinaimplicadas en la reparación de DNA.Usados para tratar tumores cerebrales,linfoma no Hodgkin, linfoma, mielomamúltiple y melanoma maligno

Corticoesteroides Hormonas naturales o fármacos similares Prednisona,a hormonas que pueden usarse para dexametasonatratar ciertos cánceres (linfoma, leucemia,mieloma múltiple). A menudo se usanpara potenciar el efecto de otros tipos defármacos quimioterápicos

Otros Varios mecanismos de acción L-asparaginasa, amsacrina, tretinoina

Debería observarse que la terapia a largo plazo con tamoxifeno se ha asociado con unamayor incidencia del cáncer de endometrio. Sin embargo, este tipo de cáncer se cura másfácilmente que el cáncer de mama y suele considerarse que los beneficios tienen más valor quelos riesgos de la terapia con tamoxifeno a largo plazo.

Quimioterapia

La quimioterapia es el uso de fármacos para tratar el cáncer. Los fármacos quimoterapéuticos amenudo se describen como antineoplásicos (anti-cáncer) y citotóxicos (que eliminan células). Laquimioterapia actúa eliminando aquellas células que se reproducen con rapidez. Sin embargo,

1.15

La quimioterapiaactúa eliminandoaquellas células

que se reproducencon rapidez . . .

DRAFT

1

no existe una diferencia absoluta en términos de reproducción entre las células cancerosas ylas normales. Por lo tanto, cada vez que se administra quimioterapia hay que encontrar unequilibro para destruir células cancerosas para curar o controlar la enfermedad, sin afectar lascélulas normales y minimizar así los efectos indeseados. Es importante comprender que laquimioterapia con citotóxicos no es específica para células cancerosas.

Se dispone de una gran variedad de agentes quimioterápicos que en términos generalespueden clasificarse como se muestra en la tabla 1.5. Cada clase actúa de formas distintas enestadios distintos del ciclo celular (véase el módulo 2 para detalles sobre el ciclo celular). Porlo tanto pueden emplearse en combinaciones diferentes y en distinto orden para maximizar susefectos citotóxicos, lo que explica la complejidad de muchos de los regímenes quimioterápicosestándar usados en la práctica clínica, que a menudo emplean tres o cuatro fármacossecuencialmente o en combinación.

La quimioterapia tiene cuatro objetivos principales:

● reducir el tamaño del tumor antes de la cirugía

● curar el cáncer

● controlar la enfermedad (detener su diseminación)

● paliación (aliviar los síntomas y mejorar la calidad de vida, habitualmente sin prolongar lavida).

En general, la quimioterapia puede administrarse en distintas situaciones/entornos:

● neoadyuvante, es decir antes de la cirugía para la enfermedad primaria, para reducir eltamaño de un tumor grande para que pueda ser extirpado de forma más segura concirugía menos extensiva

● adyuvante, después de la cirugía o radioterapia para la enfermedad primaria, para evitarla reproducción de las células cancerosas que hayan quedado en el cuerpo después de lacirugía o la radiación y para eliminarlas

● el tratamiento principal para enfermedades como linfoma o leucemias en que la cirugía noes una opción

● metastásica, cuando la quimioterapia se utiliza para curar la enfermedad, evitar su disemi-nación o para paliar los síntomas, según el tipo de cáncer y la extensión de la metástasis.Pueden administrarse varios ciclos de terapia a los pacientes con enfermedad metastásica,con terapia de primera línea como opción inicial y habitualmente la terapia que se consid-era más activa, y terapia posterior y de segunda línea administrada cuando falla la deprimera línea o la enfermedad recidiva.

La quimioterapia puede ser administrada por distintas rutas según el agente y la localizacióndel cáncer:

● intravenosa

● oral

● tópica

● intramuscular

● subcutánea

1.16

. . . Es importantecomprender quela quimioterapiacon citotóxicos noes específica para

célulascancerosas.

La quimioterapiapuede ser

administrada pordistintas rutas

según el agente yla localizacióndel cáncer . . .

DRAFT

1

● intraarterial

● intrapleural

● intraperitoneal

● intravesical

● intrarraquídea

● intralesional.

De todas ellas, la intravenosa es la más frecuente. Los agentes quimioterápicos administradospor esta vía habitualmente actúan sobre todo el cuerpo, eliminando células cancerosas perotambién células normales dividiéndose de forma activa. Por lo tanto, un objetivo del desarrollode fármacos es producir métodos más aceptables de administración, por ejemplo oral, olimitar la actividad de un fármaco a la parte del cuerpo que contiene un tumor, por ejemploadministración intraarterial en cáncer de hígado e intrarraquídea en tumores del sistemanervioso central (SNC).

Limitaciones de la quimioterapia

Ya que los agentes quimioterápicos actúan sobre todas las células de división rápida y no sólosobre las cancerosas, también pueden afectar las células normales que se dividen con rapidez,sobre todo las epiteliales. Las células normales que se dividen rápidamente incluyen células delos folículos pilosos, las del aparato reproductor y gastrointestinal, y las de la médula ósea(figura 1.4).

Ello explica algunos de los efectos secundarios de la quimioterapia:

● supresión de médula ósea (descenso en los recuentos de leucocitos, eritrocitos y plaquetas),que implica efectos hematológicos adversos e infección

● alopecia

● pérdida de peso y apetito

● estomatitis y esofagitis.

Los agentes quimoterapéuticos provocan otros efectos secundarios, entre ellos:

● alteración del gusto

● náuseas y vómitos

● estreñimiento

● diarrea

● fatiga

● daños cardíacos

● cambios en el SNC

● daños pulmonares

● daños al tejido reproductor

● daños hepáticos

● daños renales y al sistema urinario.

1.17

. . . un objetivodel desarrollo de

fármacos esproducir métodosmás aceptables

de administración,por ejemplo

oral . . .

A menudo es la combinación de uno o más de estos efectos secundarios lo que limita la dosisindividual o cumulativa de quimioterapia que se puede administrar. Se han empleado variasestrategias para maximizar o intensificar la cantidad de agentes quimioterápicos que puedenadministrarse para aumentar la posibilidad de un efecto terapéutico favorable sobre el cáncer.La toxicidad puede limitarse con intervenciones como la administración de fármacos contra lasnáuseas y con el uso de citocinas para estimular la producción de eritrocitos y leucocitos. Sinembargo, la toxicidad sigue siendo el principal obstáculo para la cantidad de fármaco aadministrar. Consideraciones similares son válidas para la radioterapia.

Debido a la necesidad de un tratamiento intensivo de los pacientes para intentar asegurar quela toxicidad se mantiene en límites aceptables, la quimioterapia emplea un valioso tiempoenfermero y consume recursos económicos finitos. Así pues, es posible que una terapiaantineoplásica más específica dirigida únicamente a las células cancerosas que no afecte lascélulas normales sanas sea menos tóxica para el paciente y por lo tanto emplee menos recursos.

1

1.18

A menudo es lacombinación deuno o más deestos efectos

secundarios loque limita la dosis

individual ocumulativa de

quimioterapia quese puede

administrar.

. . . una terapiaantineoplásicamás específica

dirigidaúnicamente a las

células cancerosasque no afecte lascélulas normalessanas sea menos

tóxica para elpaciente y por lo

tanto empleemenos recursos.

Hair follicles

Gastrointestinal tract

Reproductive organs

Bone marrow

Figura 1.4. Diagrama que ilustra las diversas células sanas normales proliferando activamente queson afectadas por la quimioterapia, causando efectos secundarios.

DRAFT

1

Terapia biológica (inmunoterapia)

La terapia biológica, o inmunoterapia, hace referencia a cualquier terapia basada encomponentes del sistema inmunitario, el mecanismo de defensa natural del cuerpo frente a lasenfermedades. Está diseñado para hacer diana en células cancerosas de forma más específicaque los agentes quimioterápicos y otros agentes, que generalmente tienden a afectar tanto eltejido sano como el canceroso. Por lo tanto la terapia biológica es el uso de tratamientos quepromueven o refuerzan la respuesta del sistema inmunitario del cuerpo o que usa componentesdel sistema inmunitario como base para eliminar células tumorales o reprimir el crecimiento dela enfermedad. En el módulo 6 se presenta una descripción detallada del desarrollo de laterapia biológica.

Resumen

Queda claro que las medidas preventivas han tenido un impacto importante sobre las tasas desupervivencia del cáncer. Tanto la prevención primaria como la detección precoz (prevenciónsecundaria) han tenido efectos importantes en las tasas de supervivencia a 5 años durante lasúltimas décadas. También se han dedicado considerables recursos económicos y sanitarios altratamiento del cáncer avanzado, que puede tener éxito en pacientes individuales. Sinembargo, existen pocos indicios de algún impacto importante de regímenes quimioterápicosprimarios no específicos en las tasas de supervivencia globales. Por esta razón se dedicantantos estudios e investigaciones a hacer diana específicamente en el cáncer con terapias quepuedan ser más eficaces y menos tóxicas. A este progreso han contribuido en gran medida losgrandes avances que se han dado en el campo de la genética y la biología molecular en lasúltimas décadas. Estos avances han permitido que la terapia oncológica sea direccionada alos errores moleculares específicos de las células cancerosas. Los siguientes módulos de estemanual:

● describirán el crecimiento y proliferación celular normales y cómo se controlan

● detallarán las alteraciones y anormalidades celulares que dan lugar a la interrupción delcontrol del crecimiento celular y la producción de células malignas

● explicarán cómo funciona el sistema inmunitario y el potencial de sus componentes parautilizarlos en el tratamiento del cáncer

● mostrarán cómo se ha explotado esta comprensión en el desarrollo de terapias biológicasdireccionadas y no direccionadas.

1.19

DRAFT

1


1. El cáncer representa un problema sanitario global, pero existen variaciones internacionalesen la incidencia y el tipo de cáncer, y la mortalidad asociada. ¿Qué factores influyen enestas diferencias?






1.20

DRAFT

2Control del crecimiento celular y cáncer

Introducción

Para comprender cómo se desarrolla el cáncer y diseñar aproximaciones racionales paratratar esta enfermedad, es necesario comprender tanto el funcionamiento interno de las célulascomo las interacciones que tienen lugar entre ellas y en su interior. Las células cancerosasproliferan (crecen rápidamente) a pesar de los mecanismos de control normales y poseencaracterísticas especiales que les permiten invadir y colonizar los tejidos circundantes.

Este módulo revisa el proceso normal de replicación o división celular y los mecanismos que locontrolan. Las verificaciones normales sobre la replicación celular las proporcionan una seriede factores importantes que transmiten señales proliferativas o antiproliferativas a las células.Los factores de crecimiento, que se unen a los receptores de factores de crecimiento, sonmoléculas de señalización especialmente importante. Trataremos su rol en el crecimiento yproliferación celulares. Los rasgos físicos como el anclaje celular a una ‘base’ y la senescenciade la célula también tienen un rol a la hora de controlar la proliferación. Estos rasgos tambiénse describen.

El conocimiento de los procesos que controlan la proliferación celular normal y aseguran queen el cuerpo se mantenga el complemento normal de células sanas es básico para comprenderel desarrollo del cáncer. En módulos posteriores se describen los cambios que actúan paraevitar estos mecanismos de control y que producen una proliferación celular anormal.

2.1

DRAFT

2







2.2

DRAFT

2

Marco general de la replicación celular

IntroducciónLa división, crecimiento, diferenciación y muerte celular programada (apoptosis) son elementosimportantes del funcionamiento normal de una célula. Las células cancerosas presentan dosrasgos que las diferencian de las normales.

● Proliferan (crecen rápidamente) a pesar de los controles normales. Este tipo de crecimientose describe como neoplásico.

● Tienen características especiales que les permiten invadir y colonizar tejidos circundantes,lo que significa que las células son malignas.

La mayoría de las células del cuerpo son eucariotas, tienen núcleo (figura 2.1). Hayexcepciones, como los eritrocitos maduros. En el interior del núcleo se encuentran loscromosomas, que son las plantillas para los componentes esenciales de la vida, es decir quecontienen la información necesaria para proporcionar la síntesis de un amplio espectro deproteínas. Las proteínas son esenciales para la formación de células, el control de todos losprocesos celulares y la regulación de las interacciones entre células.

Lipidlayers

Receptor'Pump'protein

Plasma membrane

Nucleus

Chromosome

Cytoplasm

Microtubule

Mitochondria

Endoplasmicreticulum

Lysozomes

Figura 2.1. Estructura celular básica que muestra las principales estructuras celulares.

Las células humanas tienen 46 cromosomas (22 pares de autosomas más un par decromosomas sexuales) (figura 2.2). Las células con dos grupos de cromosomas homólogos ypor lo tanto dos copias de cada gen son las células diploides. Cada cromosoma consta de doslargas hebras estrechamente enrolladas de DNA (ácido desoxirribonucleico), que se enroscanpara formar una doble hélice de DNA (figura 2.3). El DNA está formado por cuatro basesdistintas (adenina, citosina, timina y guanina) que se unen débilmente para formar pares debases. Estas bases son las unidades fundamentales del código genético, y su secuencia esintrínseca a la correcta formación de los miles de genes que se encuentran a lo largo de lamolécula de DNA. Los genes son cortos fragmentos de DNA responsables de los rasgos físicoshereditarios, como el color de ojos y de cabello, y sobre todo, de la composición y

2.3

Las célulashumanas tienen46 cromosomas.

DRAFT

funcionamiento de todas las células. Para poder transmitir estos rasgos físicos a susdescendientes y continuar renovando las células para mantener el equilibrio entre crecimiento ymuerte celulares en el cuerpo, todas las células sufren un proceso de replicación del DNA ydivisión celular.

2

Short arm

Centromere

Long arm

DNA

Chromosome

Figura 2.3. Diagrama esquemático de un cromosoma humano con indicación de la estructura endoble hélice del DNA.

Female

19–20 21–22 X–X 19–20 21–22 X–Y

13–15 16–18 13–15 16–18

1–3 4–5 1–3 4–5

6–12 6–12

Male

Figura 2.2. Totalidad del complemento de 46 cromosomas humanos.

El ciclo celularCiclo celular es el nombre dado a la secuencia ordenada de acontecimientos mediante el cualuna célula duplica su contenido y se divide en dos. La división celular es esencial en losadultos, ya que el ciclo celular sirve para sustituir aquellas células que se han perdido debidoal uso y desgaste generales o debido a la muerte celular programada (apoptosis). Así pues,

2.4

DRAFT

2

para mantener el status quo en el número de células, una persona adulta debe crear muchosmillones de células nuevas cada segundo.

Los objetivos del ciclo celular son:

● producir dos células hijas genéticamente idénticas, replicando (copiando) con precisión elDNA de los cromosomas de la célula madre

● distribuir los cromosomas por igual entre las dos células hijas

● duplicar el contenido citoplasmático.

Estos requerimientos significan que hay que coordinar una serie compleja de acontecimientosnucleares y citoplasmáticos durante el ciclo celular. La secuencia de acontecimientos del ciclocelular se ilustra en la figura 2.4.

2.5

G1 phase(between mitosis

and DNA synthesis)

Restrictionpoint

S phase(DNA synthesis)

G2 phase(between S phase

and mitosis)Mitosis(cell division)

Figura 2.4. El ciclo celular.

Mecanismos de división celularDurante el ciclo celular, las células crecen, se preparan para la división y se dividen paraproducir dos células hijas idénticas con la misma información genética que la célula madre. Elciclo celular consta de cuatro fases distintas:

● G1 (del inglés ‘Gap’1 o intervalo1)

● S (Síntesis)

● G2 (Gap 2)

● M (Mitosis).

G1, S y G2 constituyen de forma conjunta la interfase, que se da antes de la mitosis. Unavez una célula ha entrado en fase S, habitualmente se comprete a entrar en la fase G2 ydividirse por mitosis.

El ciclo empieza en G1, un período de preparación durante el cual se compilan todos loscomponentes necesarios para la división celular. La replicación o duplicación del DNA(llamada así porque se dobla la cantidad de DNA) se da en la fase S, o fase de síntesis. La

DRAFT

2

Late prophase

Metaphase

Interphase Early prophase

Anaphase Telophase

2.6

Figura 2.5. Ilustración de las fases de la mitosis.

formación de cromatina (que comprende histonas [proteínas cargadas] y otras proteínascombinadas con DNA) también tiene lugar durante la fase S. La cromatina contiene dosgrupos idénticos de cromosomas (cromátides). Después de la fase S la célula entra en G2, unperíodo de crecimiento celular y metabolismo, después del cual la célula pasa a fase M o fasede división celular. Este es el final del ciclo celular e implica la división nuclear por mitosis,seguida de división del citoplasma.

MitosisLa mitosis es el estadio de división nuclear de la fase M del ciclo celular. Durante la mitosis esesencial que todas las células adquieran un total de 46 cromosomas, es decir que cada célulahija debe recibir dos copias de cada cromosoma (estado diploide). Para simplificar nuestracomprensión de las actividades implicadas en la mitosis, el proceso se divide en cuatro pasos:profase, metafase, anafase y telofase (figura 2.5).

Profase (fase de inicio)

Después de la replicación de cada cromosoma durante la fase S del ciclo celular, loscromosomas individuales empiezan a desenrollarse y se vuelven más diferenciados. Cadacromosoma se contrae, se acorta y se enrolla fuertemente, tomando una apariencia de doblehebra que a su vez lo hace más visible. En este estadio cada cromosoma consta de dos parteslongitudinales idénticas, las cromátides, unidas en una estructura llamada centrómero. Hacia elfinal de la profase, la membrana nuclear se rompe y el núcleo celular desaparece.

Metafase (forma intermedia)

Durante esta fase intermedia, los husos acromáticos o microtúbulos se convierten enprominentes. Estos husos son polímeros que forman el esqueleto de la célula y que estánimplicados en guiar el movimiento de las estructuras celulares. Durante la metafase empiezan aacercarse al centro de cada núcleo y se extienden hacia fuera, hacia los polos. Mientras estoshusos no se unen en el centro del núcleo, existe una superposición considerable. Al inicio de lametafase los cromosomas se mueven y finalmente se alinean en un plano de ángulos rectos alos husos (placa ecuatorial de la metafase). Los cromosomas se dirigen a los husos y se unenen los centrómeros.

DRAFT

2

2.7

Anafase (forma de repetición)

Al inicio de la anafase los centrómeros que unen las dos cromátides de cada cromosoma seseparan, y las cromátides individuales adoptan forma de V. A partir de este momento cadacromátide actúa como un cromosoma individual. Las dos cromátides de un cromosoma sedirigen a polos opuestos de la célula, con el vértice de la V adyacente a los polos.

Telofase (forma final)

Durante la telofase, los husos desaparecen y se forma una membrana nuclear alrededor de losdos grupos completos de cromosomas. Entonces los cromosomas se desenroscan y formancromatina. Las dos células hijas contienen el mismo número de cromosomas, y cada una esuna copia idéntica de la célula madre original. Una vez completados estos procesos el ciclocelular empieza de nuevo en el estadio de interfase.

MeiosisEl rol de la mitosis es facilitar la proliferación celular manteniendo el número correcto decromosomas (46) en cada núcleo (diploidía). La reproducción sexual implica la combinación ymezcla de genes de dos individuos para crear células que difieran genéticamente de las de losprogenitores. Combinar dos células diploides doblaría el número de cromosomas a 92. Sinembargo, esto lo evita el proceso de meiosis, que se da sólo en los órganos reproductores quegeneran espermatozoides y óvulos.

La meiosis consta de dos divisiones sucesivas de la célula y el núcleo, pero sólo se da un ciclode replicación, lo que da lugar a cuatro células hijas haploides a partir de una célula diploideinicial. Eso significa que cada célula hija tiene 23 cromosomas. Así, cuando un espermatozoidefertiliza un óvulo, se restaura el número diploide de cromosomas por célula (46).

Estos ciclos de división celular y nuclear difieren entre ellos, por eso se los denomina meiosis Iy meiosis II. Sin embargo, la meiosis I y II se dividen en las mismas cuatro categorías que lamitosis:

profase I, metafase I, anafase I, telofase I, seguidas deprofase I, metafase II, anafase II y telofase II.

Meiosis I

Al igual que con la mitosis, la meiosis I (figura 2.6) se inicia en el estado G1, durante el cuallas células se preparan para la división. La mayoría del DNA se replica durante la fase Spremeiótica, aunque parte del DNA se sintetiza en el primer período profase de la meiosis I.

Profase I

La profase I de la meiosis es diferente a la profase de mitosis, ya que los cromosomashomólogos, cada uno con dos cromátides, se emparejan. Estos cromosomas apareadosaparecen como una tétrada de 4 cromátides, y las cromátides de los cromosomas apareadosse entrelazan para mantener el par unido. En este estadio los pares de cromosomas se asociancon la membrana nuclear. Cuando la membrana nuclear se rompe, se forman husos similares alos de la mitosis y los cromosomas empiezan a migrar a una posición a mitad de camino entrelos polos de la célula (placa ecuatorial). La profase I es el período más largo de la meiosis I, yconstituye hasta el 90% de la duración total de la meiosis. Por este motivo, a veces sesubdivide en leptoteno, cigoteno, paquinema, diploteno y diacinesis. Estos términos describenlos varios estados perfilados anteriormente.

DRAFT

2

2.8

Metafase I

Los pares de cromosomas se disponen en la placa ecuatorial. Los dos cromosomas que formancada pareja se unen a las fibras en huso desde polos opuestos del núcleo en preparación parala anafase I.

Anafase I

Durante la anafase I los cromosomas se dirigen a los polos. En contraste con la mitosis, lascromátides se mantienen unidas en el centrómero y se mueven como una sola unidad. Así loscromosomas homólogos van a polos opuestos de la célula, de forma que el número decromosomas en cada núcleo nuevo es la mitad del de la célula madre original.

Telofase I

Se forma una membrana nuclear alrededor de cada uno de los dos grupos de cromosomas enlos núcleos. Como ya se ha mencionado, los dos núcleos contienen un número haploide decromosomas. Por lo tanto, en las células productoras de espermatozoides humanas, porejemplo, los 46 cromosomas se reducen a la mitad, dejando 23 cromosomas en cada célulahija. Es importante observar que cada uno de estos cromosomas contiene dos cromátides.

Después de la formación de los dos núcleos, la célula se divide para formar dos células hijas.

Meiosis II

La meiosis II es similar a la mitosis (figura 2.5) pero las células implicadas son haploides y nodiploides.

Profase II

En el núcleo se forman husos y los cromosomas empiezan a moverse hacia la placaecuatorial.

Metafase II

Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial con las cromátides orientadas a polosopuestos del núcleo. Es importante observar que cada uno de los 23 cromosomas estáseparado en este momento.

Metaphase

Early prophase I

Late prophase I Early anaphase I Later anaphase I

Figura 2.6. Ilustración de las fases de la meiosis I.

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2

2.9

Anafase II

Los centrómeros se rompen y las dos cromátides de cada cromosoma se dirigen a polosopuestos.

Telofase II

Finalmente, se forman membranas nucleares alrededor de las cromátides, que ahora están enlos polos y pueden considerarse cromosomas. La célula se divide para formar dos células hijashaploides.

De esta forma, la meiosis produce cuatro células hijas a partir de una célula madre original (enla meiosis I se forman dos células hijas, y cada una de ellas formará dos células hijasadicionales durante la meiosis II). Cada célula hija contiene el número haploide decromosomas. Compárese con las dos células hijas diploides formadas por mitosis (figura 2.7).

Mitosis

DNA replication

Homologouschromosomes

pair atmetaphase plate

Homologouschromosomes

are separate at metaphase plate

4 haploid daughter cells 2 diploid daughter cells

Cell division

Cell division

Meiosis

Meiosis I

Meiosis II

Figura 2.7. Comparación de la mitosis y la meiosis.

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2

2.10

Importancia de la mitosis y la meiosisEl funcionamiento correcto de la replicación celular, y de ahí la mitosis y la meiosis, es esencialpara mantener la salud y la función orgánica. Así pues, es vital que los procesos que controlanla replicación celular funcionen normalmente para mantener el equilibrio entre muerte celular ygeneración de nuevas células. Cualquier fallo en este control puede conducir a disfunciones deórganos y muerte si el equilibrio se decanta a favor de la muerte celular o cáncer si sefavorece la replicación celular. Estos procesos de control se esbozan en la siguiente sección.

Factores y vías implicados en el control de la replicación celular

El sistema de control del ciclo celularLa secuencia de acontecimientos del ciclo celular está regida por un sistema de control que demanera cíclica acciona los procesos esenciales de reproducción celular, como la replicaciónde DNA y la segregación de cromosomas. Un conjunto de proteínas, incluyendo proteínascinasas, factores de crecimiento y sus receptores, interactúa para inducir y coordinar losprocesos esenciales que duplican y dividen el contenido celular. Ello implica la estimulación oinhibición de la actividad de los genes en el núcleo celular, que entonces ejercen su efectomediante la producción de proteínas. Los puntos de control críticos y la entrada de informaciónreguladora al sistema de control del ciclo celular aseguran que la reproducción celular serealice adecuadamente. El feedback del ciclo celular puede evitar que el sistema de controlpase a través de ciertos puntos de control concretos. En los mamíferos, el principal punto derestricción en el ciclo celular se da al final de G1, y se conoce como ‘Inicio’ (figura 2.8). Losfallos en este punto de control o la adquisición de rasgos que permitan superarlo sonimportantes en el desarrollo del cáncer. Además del ‘Inicio’, factores físicos como el anclaje

G2 to M

Anaphase

G0 (quiescent)

START or R point

G1 to S

DNAsynthesis

G2 G1

M

S

Figura 2.8. Puntos de control en el ciclo celular.

DRAFT

2

2.11

Cyclin

Kinaseactivity

Kinaseactivity

Cyclindegraded

Cyclindegraded

Cyclin

Cdk

M

S

G1

G2

P

P

Figura 2.9. Actividad de las moléculas de Cdk y ciclina en el control del ciclo celular.

celular y la senescencia (véanse páginas 2.14-2.15) influyen en el ciclo celular y tambiéndesempeñan un rol en el desarrollo del cáncer.

Puntos de control

Para el correcto funcionamiento del sistema de control del ciclo celular son fundamentales dosfamilias clave de proteínas:

● subunidades de proteínas cinasas llamadas proteínas cinasas dependientes de ciclina (Cdk)

● proteínas activadoras llamadas ciclinas.

Las ciclinas se unen a las moléculas de Cdk y controlan su capacidad de fosforilar (añadirgrupos de fosfato) y así activan las proteínas diana adecuadas (figura 2.9). Estas dos familiasde proteínas forman complejos proteicos de distintas combinaciones que ejercen control sobreel ciclo celular a través de las actividades de la cinasa (actividad enzimática que controla lafosforilación), que se activan o desactivan de forma abrupta en puntos concretos del ciclocelular. Estos complejos proteicos proporcionan el feedback sobre el progreso del ciclo celular,lo que garantiza que las células completen un ciclo celular antes de iniciar el siguiente.

Además de las proteínas Cdk y ciclinas, otros controles de feedback operan para contener elsistema de control del ciclo celular. Otro punto de control importante (p53) actúa para evitarque las células con DNA dañado entren en mitosis hasta que no se repare el daño. En losmamíferos, una proteína llamada p53 se acumula en la célula en respuesta a los daños en elDNA, lo que implica un paro en el ciclo celular en G1. Como se verá en el módulo 3, lasmutaciones en el gen que codifica la proteína p53 desempeñan un rol importante en eldesarrollo del cáncer. Parece ser debido a inhabilitaciones del control del feedback, lo queaumenta la frecuencia de las alteraciones genéticas que favorecen el cáncer.

Factores de crecimientoPara que las células de los mamíferos crezcan y se dividan, la célula debe recibir señalesespecíficas positivas de otras células. Muchas de estas señales son factores de crecimiento

DRAFT

2

2.12

proteicos, que se unen a receptores complementarios en la membrana plasmática paraestimular la proliferación celular. Estas señales positivas actúan invalidando los controlesnegativos intracelulares que de otra forma limitarían el crecimiento y bloquearían la actividaddel sistema de control del ciclo celular. Si se cultivan cultivos celulares en ausencia de suero,entran en un ‘sueño’ de ciclo celular, en que el sistema de control del ciclo celular es incapazde superar el punto de control G1. Esta fase latente se conoce como G0, y se ha demostradoque este comportamiento celular es inducido por la ausencia de factores de crecimiento. Losfactores de crecimiento comprenden:

● proteínas

● polipéptidos (subunidades de las proteínas)

● hormonas esteroides.

Los factores de crecimiento pueden encontrarse circulando en la sangre o cerca de las célulasque los secretan, donde típicamente están presentes en concentraciones muy bajas. A pesar deello, el suero es una fuente relativamente rica de factores de crecimiento. Hasta el momento sehan identificado aproximadamente 50 factores de crecimiento; algunos de los principales sepresentan en la tabla 2.1. Los factores de crecimiento pueden dividirse en clases deespecificidad amplia o limitada. Los de amplia especificidad, como los miembros de la familiadel factor de crecimiento epidérmico, afectan el crecimiento de muchos tipos distintos decélula, mientras que el factor de crecimiento eritropoyetina, que induce la proliferación sólo deprecursores de eritrocitos, es un receptor de especificidad limitada.

Generalmente se necesita un ‘cocktail’ específico, una combinación de factores de crecimientopara la replicación celular. Los factores de crecimiento también controlan la supervivencia,diferenciación, migración o función de las células, según las circunstancias predominantes. Losestudios han demostrado que las células vecinas compiten por los factores de crecimiento yque las densidades celulares están limitadas por la concentración de factores de crecimiento.

Los genes que inducen los factores de crecimiento se clasifican en dos categorías: genes derespuesta temprana y genes de respuesta tardía. Los genes de respuesta temprana se inducenen los primeros 15 minutos a partir de la estimulación de los factores de crecimiento y norequieren síntesis de proteínas. Los mejor estudiados son los protooncogenes myc (implicadoscomo factor causal en el linfoma de Burkitt y en el cáncer de pulmón, mama y cervical), los fos(que codifican un factor de transcripción que actúa con el producto del protooncogen jun paraalterar la ratio de transcripción de ciertos otros genes) y jun. Por el contrario, los genes derespuesta tardía son inducidos por lo menos una hora después de la estimulación del factor decrecimiento y requieren síntesis de proteínas. Los factores que inducen estos genes de respuestatardía parecen ser producto de los genes de respuesta temprana, que como ya hemos indicadoa menudo tienen funciones reguladoras. Los genes de respuesta tardía incluyen aquellos quecodifican las proteínas Cdk y varias ciclinas, todos ellos implicados en la regulación del ciclocelular.

Hormonas como factores de crecimiento

Las hormonas son secretadas por células endocrinas y desempeñan un rol importante paraestimular la división de células de órganos dependientes de hormonas como la mama, elendometrio y los ovarios. Una excesiva estimulación hormonal se asocia con un aumento delas divisiones celulares, que al final pueden dar lugar a tumores malignos, en particularcuando estos efectos se combinan con cambios en la composición del DNA de una célula.

. . . un ‘cocktail’específico, unacombinación de

factores decrecimiento para

la replicacióncelular.

Las hormonas sonsecretadas por

células endocrinasy desempeñan un

rol importantepara estimular ladivisión de células

de órganosdependientes dehormonas . . .

DRAFT

2

2.13

Tabla

2.1

. Fa

ctore

s de

crec

imie

nto

pro

teic

os

y s

us

acc

iones

.

Fact

or

Mie

mbro

s de

la f

am

ilia r

elaci

onados

Espec

ifici

dad

Acc

iones

rep

rese

nta

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s

Fact

or d

e cr

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ient

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mpl

iaEs

timul

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gos

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ucin

a-3

(IL-3

)

DRAFT

2

2.14

Las citocinas son hormonas polipeptídicas producidas por células del sistema inmunitario.Tienen efectos específicos en las células del sistema inmunitario y, al igual que otras hormonas,actúan uniéndose a receptores específicos de la superficie celular para inducir la señalización.Las citocinas actúan en concentraciones muy bajas y pueden actuar localmente, bien sobreotros tipos de células (paracrino), sobre el mismo tipo de célula (autocrino), o sistémicamente(endocrino). Como se trata en el módulo 6, los efectos de las citocinas sobre el sistemainmunitario han llevado a su uso como herramientas terapéuticas en el cáncer.

Receptores de factores de crecimientoLos factores de crecimiento actúan uniéndose a receptores de la superficie celular. Esimportante observar que las células responden a un factor de crecimiento dado sólo si estápresente la proteína receptora apropiada. Cuando se unen a los receptores pertinentes, losfactores de crecimiento activan una vía de comunicación, o de señalización, que estimula a lacélula para responder mediante la expresión o inhibición de las proteínas que se sabecontrolan la funcionalidad de la célula. Como se trata en el módulo 3, este control sobre elcrecimiento es posible gracias a la capacidad de los receptores de factores de crecimientopara activar cascadas de fosforilación intracelulares que provocan cambios en la expresióngenética. Los receptores para la mayoría de los factores de crecimiento son proteínas cinasastransmembrana específicas de tirosina, es decir receptores con proteínas cinasas y por lo tantocon acción activadora de moléculas, como el receptor-2 del factor de crecimiento epidérmicohumano (HER2).

Dependencia del anclajeLos factores físicos también influyen en el ciclo celular. Por ejemplo, la mayoría de las célulasdeben estar ancladas a una base antes de dividirse. Esta dependencia de un anclaje se debea un control de anclaje que actúa en el punto de control G1. Es posible que las señalesintracelulares generadas en los lugares de adhesión (zonas en que las células se adhieren unaa otra) desempeñen una parte importante en la regulación del sistema de control del ciclocelular en muchos tipos distintos de células. Ello se debe a que el contacto físico permite a lascélulas comunicarse entre ellas. Las células cancerosas de un tumor tienen propiedadesespeciales que las convierten en una excepción a la regla de la dependencia de un anclaje.Pueden liberarse de la matriz extracelular que las mantiene en su posición, así que puedenmigrar en los fluidos corporales a otras zonas del cuerpo (metastatizar), llevando a laformación de tumores secundarios (figura 2.10).

Senescencia celularLa proliferación celular no sólo está influida por el entorno celular, sino también por la historiade la célula. Por ejemplo, la probabilidad de que una célula entre en G0 y se vuelvaquiescente aumenta con el número de veces que se ha dividido, lo que se conoce comosenescencia o envejecimiento celular. La senescencia celular se refleja en la dificultad deestablecer cultivos permanentes de células normales, con fibroblastos, por ejemplo, con unmáximo de 50 duplicaciones en cultivo.

La proliferación disminuye a medida que el cultivo envejece. Sin embargo, este no es un rasgoprogramado en la composición genética de la célula, ya que distintas células del mismo tipoen la misma población dejan de reproducirse en momentos distintos. La probabilidad de que lareproducción cese aumenta con cada generación. Este fenómeno aparece relacionado con elacortamiento de los telómeros, debido quizás a deficiencias en la enzima que los produce.

. . . las célulasresponden a un

factor decrecimiento dado

sólo si estápresente la

proteína receptoraapropiada.

. . . la mayoría delas células debenestar ancladas a

una base antes dedividirse.

. . . laprobabilidad deque una célula

entre en G0 y sevuelva quiescenteaumenta con el

número de vecesque se hadividido.

DRAFT

A

B

C

A

B

CD

E

A

B

CF

G

Differentiate

Divide

Survive

Die

Figura 2.11. Señales extracelulares que conllevan supervivencia, división, diferenciación y muertecelulares.

2

2.15

Benign tumourin epithelium

Capillary

Basallamina

Tumour breaks throughbasal lamina

Tumour cells invade capillaryand migrate to other sites(metastasise)

Connectivetissue

Figura 2.10. Estadios por los cuales las células cancerosas pueden liberarse de la matriz extracelulary metastatizar. Copyright 1999. Extraído de Molecular Biology of the Cell, por Alberts B et al.Reproducido con autorización de Routledge, Inc., parte de The Taylor & Francis Group.

Apoptosis –muerte celular programadaLa mayoría de las células están programadas para depender de un conjunto específico deseñales para sobrevivir (figura 2.11). Cuando una célula es privada de las señales desupervivencia adecuadas, activará un programa de suicidio y se destruirá. Este proceso seconoce como muerte celular programada o apoptosis. La apoptosis también se efectúa

DRAFT

2

2.16

mediante moléculas especiales que proporcionan una señal de muerte. Las señales de muertedesde el exterior de una célula se transmiten a las distintas organelas del interior a través deuna intrincada red de moléculas que actúan como mensajeras. Por ejemplo, la proteínacitosólica Bid transporta una señal de muerte desde la membrana celular a las mitocondriashaciendo que su membrana externa se vuelva permeable, lo que conlleva a la rápidadegradación de la célula.

Resumen

Las células se multiplican siguiendo un proceso altamente regulado llamado ciclo celular. Lareplicación nuclear y la división celular son estadios importantes del ciclo celular. Las célulasno implicadas en la reproducción sexual, que son la mayoría, aumentan por mitosis, mientrasque las sexuales lo hacen por meiosis. El sistema de control del ciclo celular rige el progresode este ciclo, con un punto de control principal en la fase G1. Normalmente se limita laproliferación celular, a menos que las células reciban señales específicas de otras células. Losfactores de crecimiento son moléculas importantes para proporcionar las instrucciones deproliferación a las células. Además, la mayoría de las células deben estar ancladas a unsustrato antes de dividirse. Distintas combinaciones de señales determinan si una célulacrecerá, se dividirá, se diferenciará o morirá. En condiciones normales estas señales aseguranque el número de células se mantenga en los niveles necesarios para el funcionamiento normalde los órganos, etc. La muerte celular inducida por señal se conoce como apoptosis y es unaforma normal de mantener el número de células apropiado.

DRAFT

2

2.17







DRAFT

2

Módulo 3. Base genética del desarrollo del cáncer

DRAFT

3Genetic basis of cancer development

Introducción

Comprender los componentes genéticos y moleculares básicos de la célula es vital paraentender la base del cáncer. Este módulo empieza con una revisión de genética, cómo losgenes especifican y dirigen la producción de proteínas, a través de las cuales tienen su efecto.

Más adelante se tratará cómo mutan los genes y el impacto de estas mutaciones en eldesarrollo del cáncer. El crecimiento de un tumor se inicia con una mutación (un cambioestructural en el DNA de una célula). Aunque se cree que estos cambios estructurales se dancon frecuencia, las células con mutaciones a menudo son destruidas por los sistemas de controldel organismo antes de que puedan dividirse y replicarse. El cáncer se desarrolla cuando estascélulas anormales sobreviven y son capaces de reproducirse en cantidades suficientes paracausar la enfermedad.

Las células cancerosas se caracterizan por su capacidad de multiplicarse sin ningunarestricción y de liberarse y metastatizar desde el tumor primario a otras regiones del cuerpo, através de los sistemas circulatorio y linfático. Tradicionalmente se creía que el cáncer era unaenfermedad de la proliferación celular, pero ahora ha quedado claro que lo importante es elequilibrio entre la división celular y la muerte celular (apoptosis). Por lo tanto, el cáncer puederesultar de:

● división celular incontrolada

● falta de mecanismos de supresión

● una combinación de ambos.

En concreto, el cambio genético en el DNA de una célula puede ser el resultado de lasustitución incorrecta de un par de bases por otro, deleción (pérdida) o inserción de una ovarias bases, o replicación o deleción de todo un gen. Especialmente importantes son lasmutaciones en genes que se encuentran normalmente en células llamadas protooncogenes(genes que normalmente tienen un rol a la hora de estimular la proliferación celular) y genessupresores de tumores (genes que normalmente tienen un rol para inhibir la proliferacióncelular). Las mutaciones de estos genes pueden dar lugar a sobreestimulación y falta deinhibición de la proliferación celular, respectivamente. Tales genes alterados pueden transmitirinstrucciones incorrectas a las células que se originan de una célula madre en el ciclo celular.

Los genes alterados actúan mediante la síntesis de proteínas alteradas (los genes codificanproteínas específicas a través de las cuales ejercen su efecto). En el caso del cáncer, muchasde las proteínas que tienen un rol en el desarrollo del cáncer cuando están mutadas estánimplicadas en un proceso llamado transducción de señal. En este proceso las señales queafectan el crecimiento celular pasan desde el exterior de la célula al núcleo. Este procesoimplica vías de proteínas complejas que interactúan entre ellas. Los cambios en cualquiera delas proteínas implicadas en estas vías pueden llegar a afectar el funcionamiento de la célula ydesencadenar una expansión de la población de células anormales.

Todos estos procesos se describen en este módulo. Se usan ejemplos concretos deprotooncogenes, genes supresores de tumores y vías de transducción de señales importantespara ilustrar el impacto de las mutaciones en la célula.

3.1

DRAFT

3

3.2



DNA Cromosomas Traducción Proteína

Genome

mRNA

Transcription

Genes**

Bases





6. Comente el rol de las mutaciones genéticas en el cáncer.


DRAFT

3

Biología molecular/genética –fundamentos básicos

La biología celular molecular es el estudio de la estructura de las moléculas que componen unacélula en funcionamiento y de los distintos procesos en que están implicadas estas moléculas.De forma similar, la genética molecular se centra en los procesos moleculares subyacentes a laestructura y función de los genes, las unidades básicas de la herencia. Antes de presentar losmétodos de investigación usados para estudiar las células a nivel genético y molecular, es útilresumir las moléculas y conceptos relevantes para estas áreas de investigación.

Células y tejidosLos animales y las personas están hechos de células, pequeños compartimentos limitados pormembranas y llenos de una solución acuosa concentrada de sustancias químicas. Las células seorganizan por grupos (tejidos) que actúan juntos mediante una red especializada decomunicación (señalización celular) para realizar funciones concretas. Las moléculas centralesen los procesos celulares son los nucleótidos o bases (que se unen para formar DNA o ácidoribonucleico [RNA]), aminoácidos (que se unen para formar proteínas), azúcares y ácidosgrasos. El núcleo contiene la mayoría de DNA y todo el RNA.

DNAUna molécula de DNA consta de dos filamentos que se entrelazan uno con otro hasta pareceruna escalera enrollada (figura 3.1), lo que se conoce como doble hélice. Los lados de laescalera constan de azúcar y moléculas de fosfato y se conectan mediante anillos desustancias químicas con nitrógeno llamadas bases. Cada filamento es una sucesión lineal deunidades repetidas similares llamadas nucleótidos, cada uno de los cuales está compuesto deun azúcar, un fosfato y una base nitrogenada. En el DNA las bases son adenina (A), timina (T),citosina (C) y guanina (G). El orden de las bases se llama secuencia, y especifica lasinstrucciones genéticas exactas necesarias para crear un organismo concreto.

Replicación del DNAComo ya se vio en el módulo 2, las células animales se reproducen por mitosis, lo que implicaduplicar el contenido celular y después dividirse para crear dos células hijas. Cada vez que

G

G

A

C–GA–G

I–AG–C

A–IC–G

T–AB–G

A–TC–G

I–AG–C

A–IC–G

T–AA–G

A–T

C–G

C–G

C–GC–G

C–GC–G

C–GC–G

C–GC–G

C–GC–G

C–G

C–G

C–G

C–G

C–G

C–GC–G

C–GC–G

C–GC–G

C–GC–G

C–G

A

C

C

C A

Parent strands – double helix

Strands separate

Pairing with complementary nucleotides

Formation of complementarynew strands

T

T

T

G

G

G

G

Figura 3.1. Estructura y replicación del DNA.

3.3

El orden de lasbases se llamasecuencia, yespecifica lasinstrucciones

genéticas exactasnecesarias para

crear unorganismoconcreto.

DRAFT

3

3.4

una célula se divide, todo su genoma se duplica exactamente y se divide entre las dos célulashijas. Durante la división celular, el DNA se replica y la molécula de DNA se desenrosca, loque permite la separación de las hebras. Cada hebra dirige la síntesis de una nueva hebracomplementaria, con nucleótidos libres que se unen con sus bases complementarias en cadauna de las hebras separadas (figura 3.1). Cada célula hija recibe una hebra nueva y una viejade DNA.

GenesCada molécula de DNA contiene muchos genes, las unidades funcionales y físicas básicas dela herencia. Un gen es una secuencia específica de bases de nucleótidos, cuya secuenciatransporta la información necesaria para crear proteínas. Cada gen codifica una proteínafuncional específica. Por regla general, los genes y las proteínas que codifican tienen el mismonombre, por ejemplo el gen p53 codifica la proteína p53.

CromosomasEn el núcleo celular el DNA está asociado con moléculas de proteínas para formar estructurasdiferenciadas llamadas cromosomas. Los cromosomas contienen partes casi iguales deproteína y DNA, y los genes se alinean a lo largo de toda su extensión. El núcleo de lamayoría de células humanas contiene dos conjuntos de cromosomas (46 cromosomas en total),uno de cada progenitor.

GenomaEl conjunto completo de instrucciones (‘plantilla directora’) para constituir un organismo sedenomina genoma. Se estima que el genoma humano consta de 30.000 genes. Los geneshumanos varían considerablemente en longitud y a menudo constan de miles de bases. Sinembargo, se sabe que aproximadamente sólo el 10% del genoma incluye secuencias de genescodificadoras de proteínas (exones). Dispersas entre los exones hay secuencias de genes sinfunción codificadora, conocidas como intrones. Como veremos más adelante, se estárealizando un proyecto de investigación a gran escala, el Proyecto Genoma Humano*, que harevelado la secuencia y posición de los 30.000 genes que forman el genoma humano (véasemódulo 5).

La información genética se transmite de una generación de células a la siguiente mediantereacciones estrictas de apareamiento de bases complementarias; A se aparea con T, y G conC. Este mecanismo garantiza que la nueva hebra sea una copia exacta de la antigua yminimiza la incidencia de errores.

La replicación de DNA es extremadamente precisa, con varios mecanismos de corrección queaseguran la eliminación de nucleótidos en una posición incorrecta. A pesar de ello surgenerrores genéticos, las mutaciones. Las consecuencias de estos errores pueden sertrascendentales, ya que incluso el cambio de un solo nucleótido puede tener implicacionesimportantes sobre el funcionamiento celular. Las mutaciones pueden predisponer a un individuoal cáncer y otras enfermedades complejas.

*Más información disponible en Internet en:

http://www.ornl.gov/TechResources/Human_Genome/home.html

El código genéticoEl código genético es una serie de secuencias específicas de tres bases de DNA (codones)(figura 3.2) que especifican qué aminoácidos se necesitan para crear proteínas específicas.

Un gen es unasecuencia

específica debases de

nucleótidos, cuyasecuencia

transporta lainformación

necesaria paracrear proteínas.

El código genéticoes una serie de

secuenciasespecíficas de tres

bases de DNAque especifican

qué aminoácidosse necesitan paracrear proteínas

específicas.

DRAFT

3

Los codones dirigen la maquinaria celular de síntesis de proteínas para añadir aminoácidosespecíficos. La maquinaria celular para sintetizar proteínas traduce los codones a una serie deaminoácidos para elaborar la molécula de proteína para la cual codifica el DNA. Lasinstrucciones codificadoras de proteínas de los genes se transmiten mediante RNA mensajero(mRNA), que funciona como una molécula intermediaria transitoria.

Second base

Firs

t b

ase

U C A G

U

G

A

G

UUUUUC

Phe

UUAUUG

Leu

UAUUAC

Tyr

UAAUAG

TERM

CAUCAC

His

CAACAG

Glin

AAUAAC

Asn

AAAAAG

Lys

UGUUGC

Cys

UGAUGG

TERMTrp

AGUAGC

Ser

AGAAGG

Arg

GAUGAC

Asp

GAAGAG

Glu

CUUCUC

CUACUG

Leu

GUUGUC

GUAGUG

Val

CCUCCC

CCACCG

Pro

CGUCGC

CGACGG

Arg

GCUGCC

GCAGCG

Ala

GGUGGC

GGAGGG

Gly

UCUUCC

UCAUCG

Ser

ACUACC

ACAACG

Thr

AUUAUC

AUAAUG Met

IleI

Figura 3.2. Los codones formados por los cuatro nucleótidos que constituyen el DNA, y losaminoácidos que codifican. TERM, terminación; estos codones señalan el final de un exon.

3.5

RNAEl RNA es una molécula de una sola hebra que se sintetiza a partir de una plantilla de DNAen un proceso llamado transcripción (figura 3.3). Esto produce el mRNA que transporta lainformación para la síntesis de proteínas. El proceso por el cual el mRNA dirige la producciónde proteínas se llama traducción, ya que este es el estadio en que los codones especifican quéaminoácidos se incorporan para formar una proteína. Obsérvese que el mRNA es esencial sila información genética tiene que salir del núcleo.

Las moléculas de RNA que permiten la traducción del mRNA en una proteína se llamanmoléculas de RNA de transferencia (tRNA). Cada molécula de tRNA tiene una estructuraplegada tridimensional que se mantiene unida por interacciones de apareamiento de bases,como las que mantienen unidas las dos hebras de la hélice de DNA. Este apareamientocomplementario hace que la molécula de tRNA se pliegue, lo que le permite actuar como unadaptador entre los codones del mRNA y secuencias específicas de aminoácidos. Ladisposición de las moléculas de tRNA sobre el mRNA requiere un ribosoma, un complejo demás de 50 proteínas diferentes asociado con otra clase de RNA llamado RNA ribosómico(rRNA) (figura 3.3).

ProteínasLas proteínas son moléculas grandes y complejas que se sintetizan basándose en las moléculasde mRNA. Cada proteína tiene largas cadenas de subunidades llamadas aminoácidos.Habitualmente en las proteínas se encuentran 20 clases diferentes de aminoácidos. Para que la

El RNA es unamolécula de unasola hebra que sesintetiza a partirde una plantillade DNA en un

proceso llamadotranscripción.

Las proteínas sonmoléculasgrandes y

complejas que sesintetizan

basándose en lasmoléculas demRNA. Cadaproteína tiene

largas cadenas desubunidades

llamadasaminoácidos.

Habitualmente enlas proteínas seencuentran 20

clases diferentesde aminoácidos.

DRAFT

3

¿Por qué es tan valioso este conocimiento?Comprender cómo funcionan e interactúan las diferentes moléculas en una célula es importanteporque permite a los investigadores desarrollar nuevas terapias para enfermedades ytrastornos en que los procesos celulares funcionan incorrectamente. De hecho, la explosión deconocimientos derivados de la investigación genética y molecular ha tenido ya importantesimplicaciones para la práctica clínica, permitiendo el descubrimiento de nuevos tratamientosmédicos, como las terapias biológicas en el cáncer.

Oncogenes y genes supresores de tumores

El análisis de las alteraciones genéticas en las células cancerosas ha revelado la existencia demuchos genes que codifican proteínas que influyen en la proliferación celular. Estos genespueden separarse en dos clases: genes de proliferación y genes de antiproliferación. Existendos rutas mutacionales hacia la proliferación celular incontrolada e invasividad característicasdel cáncer:

● convertir en hiperactivo un gen de proliferación

● inactivar un gen antiproliferación.

OncogenesUna mutación en un gen de proliferación significa que el producto del gen estásobreexpresado o hiperactivo, lo que da lugar a una excesiva proliferación celular,característica del cáncer. La investigación indica la existencia de protooncogenes, que songenes normales implicados en el control del crecimiento y proliferación celulares. Estosprotooncogenes se encuentran en células sanas normales pero pueden transformarse enoncogenes (genes capaces de causar cambios patológicos que provocan el crecimiento celularanormal característico del cáncer) por mutaciones inducidas por la presencia de un

3.6

Nucleus

Free amino acids

Cytoplasm

Growing protein chain

Cell membrane

Amino acids incorporated intoprotein chain in ribosomes

DNA is transcribed toproduce mRNA in nucleus

tRNA brings aminoacids to ribosomes

mRNA

mRNA

Aminoacids

tRNA

Figura 3.3. La transcripción de DNA a mRNA va seguida de traducción de mRNA a proteínas.

Una mutación enun gen de

proliferaciónsignifica que elproducto del

gen estásobreexpresadoo hiperactivo, loque da lugar auna excesivaproliferacióncelular . . .

información de un gen sea expresada, se produce una hebra complementaria de mRNA(transcripción) a partir de una plantilla de DNA en el núcleo. Este mRNA pasa del núcleo alcitoplasma celular, donde sirve como plantilla para la síntesis de proteínas (traducción).

DRAFT

3

Hyperactiveprotein expressedin normal amounts

DNAor

DNA

RNARNA

Normal protein isoverexpressed

Gene

Nearby strongenhancer causesnormal protein tobe overexpressed

Fusion to actively transcribedgene results in the overexpressionof the fusion protein or production

of a hyperactive fusion protein

Deletion or point mutationin coding sequence

Gene amplification Chromosomerearrangement

Figura 3.4. Mecanismos que permiten la conversión de un protooncogen en oncogen. Copyright 1999.Extraído de Molecular Biology of the Cell, por Alberts B et al. Reproducido con autorización de Routledge,Inc., parte de The Taylor & Francis Group.

3.7

carcinógeno, como luz solar, radiación, virus, etc. Una mutación que convierte unprotooncogen en un oncogen sólo requiere que mute una de las dos copias del protooncogenen la célula. Nos referimos a este hecho como respuesta dominante.

¿Cómo se transforma un protooncogen en un oncogen?

Hasta el momento se han identificado aproximadamente 60 protooncogenes. La mayoría deestos genes codifican componentes de los mecanismos que regulan el comportamientointeractivo de las células del cuerpo.

La mayoría de las veces son componentes importantes de las vías de señalización celular, enlas que afectan los procesos que controlan la división, diferenciación y muerte celular. Porejemplo, se sabe que el protooncogen HER2, que codifica el receptor HER2, desempeña unrol importante en el crecimiento y desarrollo normales del tejido de la mama.

La transformación de un protooncogen en un oncogen puede suceder de tres manerasprincipales:

● mutación o delección puntual

● amplificación del gen

● reordenación de los cromosomas (figura 3.4).

Una delección o mutación puntual puede cambiar las regiones codificadoras de proteínas paraproducir una proteína hiperactiva o puede darse en regiones adyacentes a la codificadora deproteínas, que controlan los niveles de expresión, dando lugar a la sobreexpresión del gen.Las mutaciones puntuales son características del oncogen ras. La amplificación genética paraproducir múltiples copias de un gen se da mediante uno de muchos errores durante el procesode replicación de los cromosomas. Las reordenaciones cromosómicas son la mayoría de lasveces translocaciones en que los cromosomas se rompen y el material genético se transfiere deun cromosoma a otro, es intercambiado entre cromosomas o bien cambia de posición dentrode un cromosoma. La desorganización genética resultante causa una expresión genéticaanormal.

La amplificacióngenética para

producir múltiplescopias de un gense da medianteuno de muchos

errores durante elproceso de

replicación de loscromosomas.

DRAFT

Este tipo de alteraciones a menudo es el resultado de la acción de iniciadores o promotorestumorales, que a menudo son carcinógenos. Los iniciadores tumorales son sustancias como elbenzopireno, un constituyente del tabaco, que no causan daños evidentes cuando la célula seexpone por primera vez a ellos. Sin embargo, sí que hay un daño genético latente queaumenta la probabilidad de aparición del cáncer con exposiciones repetidas al iniciador uotras sustancias. Por otro lado, los promotores tumorales causan cáncer si se administranrepetidamente después de la exposición a un iniciador tumoral. Un ejemplo son los ésteres deforbol, que se encuentran en aceites vegetales. La exposición continuada a promotorestumorales estimula la continua proliferación celular inapropiada, pero no el desarrollo delcáncer. El cáncer se desarrolla si se dan más mutaciones antes de retirar el promotor tumoral.Así pues, el cáncer puede desarrollarse a partir de aberraciones genéticas normalmentecausadas o favorecidas por la acción de factores ambientales.

Genes supresores de tumoresLos genes supresores de tumores se encuentran en las células normales y normalmente inhibenla proliferación celular excesiva. La pérdida de función del gen supresor de tumores debido auna mutación también tiene un rol en el desarrollo del cáncer. A diferencia de las mutacionesactivadoras que generan oncogenes a partir de protooncogenes, los genes supresores detumores se ven afectados por mutaciones de pérdida de función en células cancerosas. Comolos oncogenes, los genes supresores de tumores tienen funciones diversas en la regulación delcrecimiento, la diferenciación y la muerte celular programada (apoptosis). Como veremos másadelante (véase página 3.10), se cree que el producto del gen supresor de tumores p53 regulael proceso de muerte celular programada.

Genes de reparación de apareamientos incorrectosCada vez hay más indicios que sugieren que, además de los protooncogenes y los genessupresores de tumores, algunos genes implicados en la reparación de DNA también tienen unrol en el desarrollo del cáncer. El sistema de reparación de malos apareamientos es un sistemade corrección del DNA que reconoce y corrige los nucleótidos de DNA mal emparejados. Esteimportante sistema proporciona una reparación rápida de los errores replicativos, y da algenoma un nivel de protección frente a las mutaciones entre 100 y 1.000 veces superior, almismo tiempo que protege el genoma evitando la recombinación entre regiones no homólogasde DNA. A diferencia de la reparación de excisión de nucleótidos y la reparación de excisiónde bases, que reconocen nucleótidos químicamente modificados o fusionados, la reparaciónde malos apareamientos detecta la distorsión en el exterior de la hélice de DNA que deriva deerrores en el apareamiento de pares de bases no complementarias. El sistema sólo elimina losnucleótidos mal emparejados en la hebra nueva (figura 3.5). La función principal de estesistema es evitar las mutaciones corrigiendo errores e impidiendo las mutaciones, pero tambiéndirige la muerte de células con DNA dañado si se exponen a ciertos agentes. Evidenciasrecientes indican que las proteínas para reparar estos errores también están implicadas en elprocesamiento de bases modificadas y otros tipos de daños al DNA, como roturas de losfilamentos. Así pues, la reparación defectuosa de estos apareamientos equivocados da lugar aun aumento en el número de mutaciones espontáneas.

Las investigaciones sugieren que varios genes de reparación de apareamientos, como elMSH2, MLH1, MLH2, PMS1 y PMS2, están implicados en cánceres como el colorrectal, deendometrio y gástrico. Por ejemplo, los genes MLH1 y MSH2 normalmente producen proteínasque eliminan malos apareamientos. Sin embargo, si los genes MLH1 y MSH2 son defectuosos,no se producen las proteínas de reparación. Por lo tanto, los errores en el DNA pueden pasar

3

3.8

El sistema dereparación de

malosapareamientos es

un sistema decorrección del

DNA quereconoce ycorrige los

nucleótidos deDNA mal

emparejados.

Los genessupresores de

tumores seencuentran en lascélulas normales y

normalmenteinhiben la

proliferacióncelular excesiva.

DRAFT

3

Mismatched base pair recognised by repair system

–– T A G A T C G T –––– A T C T G G C A ––

Mismatched base removed–– T A G A C G T –––– A T C T G G C A ––

Correct base resynthesised restoringthe DNA sequence

–– T A G A C C G T –––– A T C T G G C A ––

Figura 3.5. El sistema de reparación de malos apareamientos reconoce y sustituye nucleótidos deDNA mal emparejados.

3.9

inadvertidos durante la replicación, lo que puede llevar a la acumulación de mutaciones quepueden causar cáncer. Hasta hace poco, se creía que los defectos de MLH1 y MSH2causaban principalmente cáncer colorrectal. Sin embargo, los genes defectuosos se hanencontrado en personas con otros tipos de cáncer, como de mama o endometrio.

Anormalidades genéticas en el desarrollo del cáncerSe cree que el cáncer aparece como el resultado de una serie de mutaciones en oncogenes ygenes supresores de tumores. Las mutaciones precisas varían de un tumor a otro. Lasmutaciones genéticas afectan la producción de proteínas reguladoras del crecimiento y losdesequilibrios en los niveles de esas proteínas estimulan la división incontrolada de las células,lo que da lugar al crecimiento de tumores. La tabla 3.1 detalla distintos oncogenes y genessupresores de tumores identificados hasta el momento y que se cree son importantes para eldesarrollo del cáncer. Los ejemplos clave p53, myc, ras y HER2 se tratan a continuación.

p53El p53 es un potente factor de transcripción de acoplamiento de DNA específico desecuencias, multifuncional y supresor de tumores con un rol central en una compleja red devías de señalización. Es una proteína de vida corta cuyas concentraciones aumentan enrespuesta a varias señales generadas por una variedad de elementos tóxicos para el genoma,incluyendo DNA dañado, interrupción de la síntesis de DNA o RNA, y depleción denucleótidos (figura 3.6). Estas señales también causan activación del p53, aunque elmecanismo responsable de la inducción y activación del p53 en respuesta a estos estímulosasociados al estrés aún no se comprenden por completo. El p53 activado está implicado en elcontrol de la reparación de DNA antes de su replicación, y en la inducción de la muertecelular programada en células con anormalidades en el DNA que no se pueden reparar. Estacapacidad del p53 para coordinar respuestas celulares frente a daños en el DNA significa quefacilita la conservación de la estabilidad genética, de ahí su designación como ‘guardián delgenoma’.

Se cree que elcáncer aparece

como el resultadode una serie demutaciones enoncogenes y

genes supresoresde tumores.

El p53 es unpotente factor detranscripción deacoplamiento deDNA específicode secuencias.

DRAFT

3

3.10

p53 y daños en el DNA

La función normal del p53 es permitir a las células hacer frente sin peligros a daños en elDNA. El producto del gen p53 evita la proliferación incontrolada de células tumorales,deteniendo la célula durante el ciclo celular si existe una anormalidad cromosómica. Esimportante que esta acción se realice antes de la replicación del DNA. Este pausa transitoriaen el ciclo celular permite la reparación del DNA, evitando así incorporar la anormalidad a lascélulas recién sintetizadas. El p53 también induce la apoptosis en células con anormalidadesque no pueden ser reparadas. Así, el grupo intacto de vías dependientes del p53 funcionapara mantener la integridad genómica eliminando las células dañadas, deteniéndolas deforma permanente o mediante apoptosis. Claramente, la pérdida o inactivación del p53impide que esta vigilancia sea eficaz, lo que hace virtualmente imposible mantener un númeroconstante de células mediante el proceso de apoptosis.

La inducción de una interrupción temporal del ciclo celular por p53 activo para reparar elDNA dañado o del suicidio celular por apoptosis se activa por la unión del dominio central delp53 a las secuencias clave reguladoras del DNA. Esto implica la regulación al alza o a labaja de genes específicos implicados en la interrupción del ciclo celular y la apoptosis. Estosgenes incluyen el p21, implicado en la interrupción del ciclo celular, y el bcl2, que inhibe laentrada en apoptosis.

Tabla 3.1. Ejemplo de oncogenes y genes supresores de tumores.

Factores de crecimiento Factor de crecimiento transformante-α (TGF-α)AnfiregulinaFactor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF)Factor de crecimiento de fibroblastosFactor de crecimiento similar a la insulina (IGF-I)

Receptores de factores Receptor de factor de crecimiento epidérmico de crecimiento (EGFR o HER1)

HER2, HER3, HER4MetReceptor de factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR-R)Receptor de factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I-R)Receptores de factor de crecimiento de fibroblastosRet

Proteínas citoplasmáticas rasabl

Proteínas nucleares mycfosjunskirelmyb

Supresores de tumores p53Rb

DRAFT

3

Damaged DNADNA/RNA synthesis arrest

Nucleotide depletion

Increase in p53amount and activity

Transcriptionallyactive p53

Growth arrest Apoptosis

Genomic stability

Stimuli

Figura 3.6. Visión general de la señalización de p53 para mantener la integridad genómica.

3.11

p53 y control del ciclo celular

El p53 regula la progresión del ciclo celular en distintos puntos. Media la interrupción de G1en respuesta a daños en el DNA causados por radiación-g o UV, fármacos quimioterápicos ydepravación de nucleótidos. Además el p53 está directamente implicado en mantener lahomeostasis del centrosoma, ya que está asociado con estas estructuras. La duplicaciónincorrecta del centrosoma puede señalar la activación del p53, conllevando la interrupción enG1 o G2. Otro punto de interrupción potencial mediado por p53 es la transición G2-M, enque la sobreexpresión del tipo salvaje de p53 puede inhibir la entrada en mitosis. Estapropiedad del p53 evita que las células en que la síntesis de DNA está bloqueada inicien lamitosis, y así se evita la replicación de DNA dañado o incompletamente sintetizado.

Mutaciones del p53 y desarrollo del cáncer

Las mutaciones en el gen supresor de tumores p53 son las lesiones genéticas más frecuentes enel cáncer humano, y están presentes en más del 50% de todas las neoplasias. Más de la mitadde todos los cánceres humanos están relacionados con la pérdida de función del tipo salvaje(normal) de p53. Las investigaciones sugieren que hasta un tercio de los cánceres de mamaposeen alteraciones en el gen p53. Las mutaciones que evitan la unión del p53 al DNA o queinterfieren su capacidad de evitar la replicación del DNA eliminan el bloqueo mediado porp53 sobre la división de células con mutaciones carcinogénicas. Ello conlleva no sólo unadivisión celular incontrolada, sino que también permite la propagación de mutacionescarcinogénicas al dividirse las células. Así no resulta sorprendente que las mutaciones del p53estén asociadas con tumores que muestran un alto grado de agresividad clínica.

Las mutaciones enel gen supresor detumores p53 son

las lesionesgenéticas másfrecuentes en el

cáncer humano, yestán presentes enmás del 50% de

todas lasneoplasias.

DRAFT

3

3.12

RasLa familia Ras de proteínas ayuda a retransmitir señales desde los receptores tirosina cinasasal núcleo para estimular la proliferación y diferenciación celulares. Las mutaciones del gen rasque dan lugar a hiperactividad del producto del gen interrumpen los controles normales sobrela proliferación celular, provocando cáncer. Aproximadamente el 30% de los cáncereshumanos, incluyendo el cáncer de pulmón, cabeza y cuello, colon y tiroides, presentanmutaciones en el gen ras. En otros tipos de tumores, como el cáncer de mama, las mutacionesgenéticas del ras son poco frecuentes, pero el ras puede activarse patológicamente porsobreexpresión de receptores de factor de crecimiento que lo usan para señalización.

MycEl myc es un gen de respuesta temprana que elabora una proteína con actividadautoreguladora, es decir que la proteína influye en la transcripción del gen que la codifica.Este tipo de regulación se conoce como feedback negativo. Se ha constatado que la mayoría,si no todos los tipos de neoplasias humanas presentan amplificación y/o sobreexpresión delprotooncogen c-myc. Los estudios de los últimos años han demostrado que el gen c-myc regulael crecimiento, tanto en el sentido de tamaño celular como en el ámbito de la diferenciación detejidos. Actualmente sabemos que el gen c-myc participa en la mayoría de los aspectos de lafunción celular, como replicación, crecimiento, metabolismo, diferenciación y apoptosis. El c-myc desempeña un rol importante en el cáncer de mama y en las acciones de las hormonasetiológicamente relacionadas con el cáncer de mama.

HER2El HER2 es otro protooncogen importante. En todas las células epiteliales normales (estadodiploide normal) se encuentran dos copias del gen HER2. Sin embargo, el HER2 puede sufriramplificación oncogénica en una proporción de cánceres de una amplia variedad de tipos detumor, produciendo múltiples copias del gen HER2. El HER2 codifica un receptor de factor decrecimiento transmembrana implicado en el control de la replicación, crecimiento,diferenciación y supervivencia celulares. El HER2 es uno de cuatro receptores de factores decrecimiento estrechamente relacionados en la familia HER (HER1, HER2, HER3 y HER4).

Algunos estudios de investigación han demostrado que el HER2 interactúa extensamente conotras proteínas HER para facilitar la señalización y el crecimiento celulares. La amplificacióndel gen HER2 conduce a una producción excesiva de la proteína receptora y a unaseñalización intracelular ampliamente elevada, lo que causa una proliferación celularincontrolada. El HER2 está sobreexpresado/amplificado en aproximadamente el 20% de lostumores de cáncer de mama (denominados tumores HER2-positivos). Se sabe que las célulasHER2-positivas muestran muchos de los rasgos de las células tumorales, como crecimientocelular no regulado, aumento de la síntesis de DNA y aumento del potencial metastásico(figura 3.7). Es posible que se deba a un aumento de la señalización de crecimiento debido ala presencia de mayores cantidades de receptores de HER2. Así, un status HER2-positivo no espuramente un marcador de célula tumoral, sino que también tiene una actividad directa en eldesarrollo del cáncer.

Clínicamente, alrededor del 20% de las mujeres con cáncer de mama son HER2-positivas.Estas mujeres presentan un diagnóstico poco favorable; lo demuestra el hecho de que lasmujeres con cáncer de mama HER2-positivo tienen una supervivencia global de 3 años, encomparación con 6–7 años en mujeres con cáncer de mama HER2-negativo. La supervivencialibre de enfermedad también se ve reducida en mujeres HER2-positivas (figura 3.8). Otras

La amplificacióndel gen HER2conduce a una

producciónexcesiva de la

proteína receptoray a una

señalizaciónintracelular

ampliamenteelevada, lo que

causa unaproliferación

celularincontrolada.

Clínicamente,alrededor del 20%de las mujeres concáncer de mama

son HER2-positivas. Estas

mujeres presentanun diagnósticopoco favorable.

DRAFT

3

Dis

ease

-fre

e su

rviv

al p

rob

abili

ty

Time (months)

HER2 gene ≤3 copies/nucleus

HER2 gene ≥3 copies/nucleus

00

20

40

60

80

100

12 24 36 48 60 72

Log rank p=0.001

Figura 3.8. Las pacientes con cáncer de mama HER2-positivo tienen una supervivencia libre deenfermedad peor que las muejres HER2-negativo. Reproducido, con autorización, de Seshadri et al. JClin Oncol 1993;11:1936–42.

HER2negative

HER2positive

Transfect with

HER2 gene

Human breast cancer cells

DNA synthesis ↑ 50–75%

Cell growth rate ↑ 30–50%

Growth in soft agar ↑ 225%

Tumorigenicity ↑ innude mice

Metastatic potential↑ 220% in nude mice

TransformedphenotypeMCF-7 MCF-7

Slamon DJ et al. Unpublished data

Figura 3.7. Efectos de la amplificación del gen HER2 sobre las células del cáncer de mama humano.

3.13

observaciones indican que el status HER2 puede determinar la respuesta a las terapiashabitualmente utilizadas para el cáncer de mama. Los estudios sugieren que las mujeres HER2-positivas pueden ser resistentes a terapias hormonales como el tamoxifeno pero sensibles adosis óptimas de terapias con antraciclina. Es importante remarcar que el HER2 es la dianapara el anticuerpo monoclonal humanizado Herceptin®, la primera terapia direccionada aoncogenes para tumores sólidos.

Varios estudios han indicado que otros oncogenes están sobreexpresados con HER2 entumores. Por ejemplo, a menudo existen asociaciones entre la aparición de sobreexpresión deHER2, p53 y c-myc en el cáncer de mama. Además, las pruebas para detectar lasobreexpresión de la combinación de HER2 y p53 puede separar a los pacientes en distintosgrupos de riesgo.

DRAFT

3

3.14

Señalización celular

Tanto los protooncogenes como los genes supresores de tumores actúan sobre el control de lareplicación celular mediante vías de señalización intracelulares. Un protooncogen como elHER2 codifica un receptor que, cuando es estimulado, desencadena una serie deacontecimientos en el interior celular que culminan en una respuesta del gen o la proteína. Esteproceso se denomina transducción de señal y garantiza que las células sean capaces deresponder al microentorno que las rodea. De esta manera se reciben estímulos extracelulares,se comprenden y se transmiten al núcleo para activar las respuestas celulares apropiadasespecíficas. La regulación de tales respuestas es controlada principalmente por transducción deseñal, el proceso por el cual una célula convierte una señal extracelular en una respuesta. Unamolécula de señalización es una molécula intracelular o extracelular que indica la respuesta deuna célula frente al comportamiento de otras células u objetos del entorno.

Significativamente, todos los procesos biológicos derivan de acontecimientos molecularesconcertados e integrados. Una reacción enzimática, por ejemplo, implica una serie de pasos,incluyendo la activación de la enzima, la síntesis y disponibilidad del sustrato, control directo eindirecto del feedback de producto y sustrato, e interacciones con inhibidores o estimuladores.Así, la totalidad del proceso de activación de la proteína es una cascada de acontecimientos,cada uno de ellos actuando de señal para otro. Estas series de señales de efecto dominó danlugar al término cascada de señales (figura 3.9). La transducción de señal también es unaforma de cascada de señales, un rasgo relevante de la cual son los acontecimientos defosforilación/defosforilación post-traducción catalizados por proteínas cinasas/fosfatasas.

En los últimos años se han llevado a cabo extensas investigaciones en el ámbito de latransducción de señal. La investigación sobre señalización celular ha sido dirigidaprincipalmente por la nueva tecnología, especialmente por la ingeniería genética (descrita enel módulo 5) y el desarrollo y disponibilidad de un amplio espectro de sustratos, inhibidores,análogos, agonistas y proteínas de señalización. La investigación médica sobre señalizacióncelular se ha intensificado en los últimos años, ya que las anomalías en la señalización celularestán implicadas en muchas enfermedades. Un buen ejemplo es el receptor HER2 en el cáncerde mama y el receptor HER1 relacionado con el cáncer de cabeza y cuello.

Objetivo de la señalizaciónEl objetivo último de los procesos de señalización es transmitir un mensaje desde una célulaseñalizadora a una célula diana. La célula señalizadora libera una proteína específica,también llamada ligando. El ligando se une específicamente a un receptor en la superficie dela célula diana. La mayoría de los receptores son proteínas transmembrana que se activan conla unión del ligando y que generan una cascada de señales intracelulares que alteran elcomportamiento de la célula diana. En el interior de la célula existen también algunasproteínas receptoras. Cada célula está programada para responder a combinacionesespecíficas de moléculas de señalización. Muchas células requieren de múltiples señales parasobrevivir, señales adicionales para dividirse, y otras más para diferenciarse. Si son privadasde las señales apropiadas, la mayoría de las células sufren una forma de suicidio celulardenomindo muerte celular programada, o apoptosis (véase página 3.8).

Transducción de señalLos factores de crecimiento y sus respectivos receptores forman los dos niveles superiores de lavía de señalización y transmiten mensajes en forma de estímulos extracelulares desde lasuperficie celular al núcleo. Los mediadores implicados en estas vías de señalización son los

Tanto losprotooncogenescomo los genessupresores de

tumores actúansobre el control de

la replicacióncelular mediante

vías deseñalización

intracelulares.

DRAFT

3

Signalling ligand Receptor

Cell membrane

Receptor is activatedby ligand binding

Activated receptor stimulates production of messenger molecules

Messenger moleculesstimulate kinases

Each kinase moleculecan phosphorylate andthereby activate manycopies of variousenzymes

Each enzyme moleculecatalyses the productionof appropriate product

Amplification

Amplification

Amplification

Figura 3.9. Resumen de los pasos principales implicados en la transducción de señal.

3.15

transductores de señalización y los activadores de transcripción, denominados STAT. Las STATson proteínas que forman una familia de factores de transcripción activados por una enzimallamada tirosina cinasa. Cuando se activan, estos factores de transcripción migran al núcleo,donde regulan la expresión genética. Este proceso se conoce como transducción de señal. Acontinuación se describen los elementos que constituyen este proceso.

Proteínas cinasas

Las proteínas cinasas actúan como interruptores moleculares en distintos procesos celulares.Este efecto ‘interruptor’ es mediado por la fosforilación de residuos tirosina o serina/treoninaespecíficos en las proteínas diana (figura 3.10). Este proceso de fosforilación conduce a laactivación de la proteína diana, permitiéndole ejercer su efecto. Las proteínas cinasasintracelulares son generalmente las dianas de las moléculas segundos mensajeros (p.ej., cAMP,cGMP, diacilglicerol), pero también se ha demostrado que desempeñan roles importantes enotros acontecimientos de señalización. Por ejemplo, las proteínas cinasas activadas pormitógeno (MAPK) son componentes integrales de la cascada de señalización inducida porfactor de crecimiento derivado de plaquetas, y activan la proteína cinasa dependiente decAMP (PKA).

Las proteínascinasas actúan

comointerruptores

moleculares endistintos procesos

celulares.

DRAFT

3

3.16

Además, parece ser que existe una interacción considerable entre las proteínas cinasas endiferentes cascadas de señalización. Por ejemplo, se sabe que la función de la PKA inhibe laactividad de la MAPK, y la proteína cinasa C (PKC) puede inhibir la PKA.

Los receptores –moléculas esenciales en la señalización celular

El mecanismo principal por el cual una célula percibe los estímulos extracelulares y porconsiguiente evoca una cascada de señalización intracelular es a través de receptores demembrana. Algunos de los principales receptores implicados en la señalización intracelularson el receptor tirosina cinasa, las tirosina cinasas asociadas a receptores (RATK) y loscomplejos G-proteína.

La familia tirosina cinasa de receptores incluye el HER2, el receptor del factor de crecimientoepidérmico (EGF-R), el receptor de la insulina y los receptores transmembrana de factor decrecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Estos importantes receptores comparten muchosrasgos estructurales: todos poseen un dominio de unión extracelular específico del ligando y undomino catalítico intracelular con actividad intrínseca de tirosina cinasas. La unión del ligandoal dominio extracelular inicia la actividad del receptor tirosina cinasa, lo que da lugar amultitud de efectos, como la activación de otras proteínas cinasas, estimulación de fosfolipasay fosfatidilinositol-3-cinasa, y la modulación de vías mensajeras secundarias intracelulares. Susefectos principales implican la familia MAPK de proteínas. Las MAPK activadas por Raf-1fosforilan y activan las cinasas extracelulares reguladas por señal (ERK2), que actúan sobre losfactores de transcripción para controlar el crecimiento y la proliferación celulares.

Señalización mediante receptores de factores de crecimiento

La unión del factor de crecimiento a una célula causa la activación y modificación de losreceptores de proteínas de la superficie celular, es decir que la respuesta inmediata se da anivel de las proteínas. Entonces el receptor tiene que transmitir información al núcleo para quela célula pueda responder a la señal. Este proceso de transmisión a menudo implica elmovimiento físico de las proteínas. En este caso, sólo cuando las señales de las proteínasllegan al núcleo se da una respuesta genética que implique la regulación al alza (aumento) o a

La unión del factorde crecimiento auna célula causala activación y

modificación delos receptores deproteínas de la

superficie celular.

PhosphatePActivated

proteinInactiveprotein

Protein kinase

ATP ADP

Protein kinase

ATP ADP

Inactiveprotein

Activatedprotein

Tyrosine,serine orthreonineresidue

Tyrosine,serine orthreonineresidue

PhosphateP

Figura 3.10. Las proteínas cinasas activan/inactivan proteínas diana por fosforilación de losaminoácidos tirosina, serina o treonina.

DRAFT

3

3.17

P

P

P

Proteinkinaseactivity

Growth factors

Growth factorreceptors

Phosphorylation andactivation of

effector proteins

Activated proteinstransferred tothe nucleus

Inductionof gene

transcription

Nucleus

Effector

proteins

Figura 3.11. Representación esquemática de la señalización por receptores de factor de crecimiento.

la baja (disminución) de la transcripción genética (figura 3.11). Sin embargo, el receptor deseñalización y las proteínas que transmiten información pueden ser afectadas por otras vías deproteínas que alteran el resultado final en términos de transcripción genética.

Vías de señalización

HER2El HER2 es un miembro de la familia de receptores del factor de crecimiento epidérmicohumano, que consta de cuatro receptores similares. Estos receptores interactúan entre ellos ycon una variedad de ligandos para activar diversas vías intracelulares. Las anormalidades enel receptor HER2 que producen sobreestimulación de las vías de transducción de señal defactores de crecimiento celulares desempeñan un rol en una proporción importante de muchoscánceres, especialmente en el cáncer de mama.

Estructura del HER2

La proteína HER2 tiene tres dominios, o regiones:

● un dominio extracelular implicado en la unión de ligandos

● un dominio transmembrana para señalización

● un dominio intracelular con actividad tirosina cinasa (figura 3.12).

Transducción de señal HER2

Habitualmente se expresan pequeñas cantidades de receptor HER2 en la superficie de lascélulas epiteliales y tienen un rol en el crecimiento y división celulares normales. El HER2 seune con otros receptores HER para formar dímeros, que se unen a una molécula de ligandopara activarse. El proceso de unión desencadena una secuencia fija de acontecimientos que asu vez causa un flujo de información a través de la vía de transducción de señal, asegurandoasí que las señales en respuesta a los estímulos se transmiten a través de la membrana celular,

Lasanormalidades enel receptor HER2

que producensobreestimulación

de las vías detransducción deseñal de factoresde crecimiento

celularesdesempeñan un

rol en unaproporción

importante demuchos cánceres,especialmente en

el cáncer demama.

DRAFT

3

3.18

a través del citoplasma hacia el núcleo (figura 3.11). La activación genética se produce asícomo consecuencia de este proceso de transducción de señal.

Inhibición de la transducción de la señal de HER2

Como ya se ha mencionado anteriormente, el HER2 está sobreexpresado en aproximadamenteel 20% de cánceres de mama. Por lo tanto, un porcentaje de pacientes con cáncer de mamapresenta múltiples copias del gen HER2, lo que produce sobreexpresión de la proteína HER2,aumento de la señalización al núcleo y transformación oncogénica de las células normales.Aunque no se ha identificado un ligando específico HER2, éste amplifica la señalización portodos los factores de crecimiento y funciona como un receptor en red.

Eliminar la función de señalización de HER2 debilita la señalización de crecimiento,reduciendo así potencialmente el crecimiento maligno. Se ha constatado que los anticuerposmonoclonales anti-HER2 (AM) como Herceptin® causan degradación de HER2 en células decáncer de mama. Este mecanismo puede subyacer a la eficacia antitumoral de las terapiasdireccionadas a HER2 como Herceptin®, que se tratan en los módulos 6 y 7. La actividadinhibidora del crecimiento de varios AM anti-HER2 en el cáncer de mama se correlaciona consu capacidad para unirse a HER2 y eliminarla de la superficie celular. Esta actividad evita quela HER2 interactúe con otras proteínas HER, disminuyendo así las señales de crecimiento queconducen a la oncogenicidad.

TGF-ββ/SmadLa vía de señalización del factor de crecimiento transformante ß (TGF-ß) incluye tres elementosesenciales: proteínas TGF-ß, receptores transmembrana y proteínas de señalizacióndenominadas Smad. Este proceso de transducción de señal se inicia con la unión de variosTGF-ß extracelulares a los receptores de membrana, con lo cual la actividad del receptor deproteínas cinasas fosforila proteínas Smad específicas. Las proteínas Smad activadas setransfieren al núcleo, donde inducen la transcripción de genes específicos. Un defecto en estavía puede causar la proliferación incontrolada de células, y ocasionar cáncer.

Ras y Raf-1/ERK2 (MAPK)Como ya se ha mencionado, los productos proteicos de los oncogenes estimulan laproliferación celular incontrolada. La oncogénesis del gen Ras se da cuando las proteínas deunión Ras-GTP (familia ras p21) interactúan, causando translocación y activación de varios

. . . un porcentajede pacientes concáncer de mamapresenta múltiples

copias del genHER2, lo que

producesobreexpresión dela proteína HER2,

aumento de laseñalización al

núcleo ytransformación

oncogénica de lascélulas normales.

Plasmamembrane

Cytoplasm

Extracellular domain(632 amino acids)Ligand-binding site

Intracellular domain(580 amino acids)Tyrosine kinase activity

Transmembrane domain(22 amino acids)

Figura 3.12. Modelo de la proteína HER2.

DRAFT

3

3.19

efectores de serina/treonina. La actividad cinasa de estas moléculas activadas afecta unamultitud de vías de señalización. Las proteínas Ras (Ras-GTP) son reguladas por las proteínasactivadoras de Ras GTPasa (GAP), que modulan la hidrólisis de GTP unido a Ras. Por elcontrario, las proteínas de Ras oncogénico (proteínas ras p21) no son inactivadas por GAP, loque ocasiona la constante estimulación de elementos de señalización y, eventualmente,crecimiento celular incontrolado.

Oncogénesis y crecimiento tumoral

Desarrollo de un tumorComo ya se trató en el módulo 2, la combinación de crecimiento neoplásico y malignidadhace que las células cancerosas sean especialmente peligrosas. Una célula anormal aisladaque no prolifera más allá de las células vecinas normales no produce daños importantes. Sinembargo, si se pierde el control sobre su crecimiento y división dará lugar a un tumor. Asípues, un tumor es una masa enérgicamente creciente de células anormales. Mientras lascélulas neoplásicas sigan agrupadas en una sola masa, diremos que el tumor está localizado oin situ. A menudo la cirugía resulta exitosa para extirpar una masa localizada.

Sin embargo, los tumores con potencial para invadir tejidos circundantes se consideran cáncery se denominan malignos. Estos tumores pueden metastatizar o producir tumores secundariosen localizaciones distantes debido a células que entran en el sistema linfático o circulatorio.

Habitualmente los tumores sólo se detectan cuando alcanzan un tamaño relativamente grande(de 108 o 109 células) (figura 3.13). Ello hace aumentar la probabilidad de que el tumorhaya metastatizado antes de su detección, lo que dificulta el tratamiento. Evidentemente,cuánto antes se detectan los tumores, menores son, lo que hace mejorar el pronóstico y elresultado para el paciente, en especial si el tumor se identifica antes de haber metastatizado.Cuánto más metastatiza un cáncer, más difícil es erradicarlo.

El crecimiento celular tumoral es el paso limitante de velocidad en el desarrollo del cáncer. Lostumores crecen exponencialmente (figura 3.13) ya que cada división celular dobla el númerode células, de forma que de dos células surgen cuatro, de cuatro ocho, después 16, 32, 64,

Los tumores conpotencial parainvadir tejidoscircundantes se

consideran cáncery se denominan

malignos.

Death of patient(1012 cells)

Tumour first palpable(109 cells)

Tumour first visible on X-ray(108 cells)

Tumour cellpopulation doublings

Dia

met

er o

f tum

our

(mm

)

1 10 20 30 40 50

100

10

1

0.1

0

Figura 3.13. Crecimiento exponencial de tumores.

DRAFT

3

3.20

etc. La progresión tumoral de una lesión precursora no maligna a un tumor invasivo, aenfermedad metastásica, implica ciclos sucesivos de mutación y selección natural. Por lo tanto,parece que los cánceres se dan por un proceso en que una población inicial de célulasprocedentes de una sola célula mutante evoluciona a través de ciclos sucesivos de mutación yselección natural para producir células con características de crecimiento agresivo y otraspropiedades asociadas con el cáncer. Una sola mutación no basta pues para causar cáncer, ymuchas líneas de evidencia sugieren que el desarrollo del cáncer generalmente requiere queen una célula se produzcan varios accidentes independientes poco habituales.

Los pasos de la progresión tumoral pueden correlacionarse con mutaciones que activanoncogenes específicos e inactivan genes supresores de tumores específicos. Por ejemplo, lapérdida de función de p53 y la amplificación de HER2 son habituales en el desarrollo delcáncer. La amplificación del gen HER2 (figura 3.14) conlleva la transformación oncogénica por:

● aumento de la transcripción (síntesis de RNA a partir de DNA) del gen HER2

● aumento de los niveles de mRNA de HER2.

Sigue sin conocerse el mecanismo exacto subyacente a la amplificación de HER2 y cómocontribuye a la virulencia del cáncer. Sea cual sea la causa, las consecuencias de laamplificación de HER2 son la regulación al alza del crecimiento celular y la transformaciónoncogénica (véase figura 3.7). Las estrategias terapéuticas biológicas direccionadas aanormalidades moleculares específicas de tumores se tratan en los módulos 6 y 7.

Las mutaciones aumentan a medida que crece el tumorLas mutaciones son el sello característico de las células cancerosas y son la causa de suremarcable capacidad para crecer continuamente y eludir las defensas humanas. Como yahemos mencionado, a menudo son el resultado de la exposición a iniciadores y promotores detumores. La hipótesis del fenotipo mutador atribuye este fenómeno a una tasa cada vez mayorde errores en la replicación del DNA a medida que crece el tumor. Según esta teoría, losgenes que codifican proteínas como las DNA polimerasas y las enzimas de reparación deDNA y otras moléculas que desempeñan un rol importante en la replicación pueden estar

Cytoplasmicmembrane

Cytoplasm

Nucleus

1 = ↑ gene copy number2 = ↑ mRNA transcription3 = ↑ cell surface receptor protein expression

HER2 DNA

HER2mRNA

Normal Amplification/overexpression

HER2 receptorprotein

1

3

2

Figura 3.14. Indicadores de status HER2.

La progresióntumoral de una

lesión precursorano maligna a untumor invasivo, a

enfermedadmetastásica,implica ciclossucesivos demutación y

selección natural.

La progresióntumoral puedencorrelacionarsecon mutaciones

que activanoncogenes

específicos einactivan genessupresores de

tumoresespecíficos.

DRAFT

mutados en las células cancerosas. Como consecuencia, otros genes responsables de mantenerla estabilidad del genoma y el control de la proliferación pueden mutar a su vez.

Resumen

Los tumores son masas crecientes de células anormales. Mientras estas células neoplásicas semantienen juntas en una sola masa, hablamos de tumor localizado. La naturaleza neoplásica ymaligna de las células cancerosas significa que proliferan en ausencia de señales promotorasde crecimiento, y que invaden y colonizan células normales, causando un tumor. Así, lascélulas cancerosas pueden crecer continuadamente y eludir las defensas humanas. Laconversión de una célula normal en maligna es el resultado de mutaciones genéticas,habitualmente debidas a la acción de carcinógenos. Una sola mutación (o cambio estructuralen el DNA) no basta para causar cáncer. Muchas líneas de evidencia sugieren que eldesarrollo del cáncer generalmente requiere que en una célula se den varios accidentesindependientes poco frecuentes. Los tumores crecen de forma exponencial y la progresión deltumor implica ciclos sucesivos de mutación y selección natural, lo que aumenta la tasa deerrores en la replicación del DNA a medida que crece el tumor.

Un protooncogen es un gen con funciones normales en el control de la proliferación celularque puede mutarse para producir un oncogen. Un gen supresor de tumores es un gen deantiproliferación en las células normales. Se cree que el cáncer aparece como resultado deuna serie de mutaciones en oncogenes y genes supresores de tumores. Algunos ejemplos deestos tipos de gen con roles bien reconocidos en el desarrollo, mantenimiento y malignidad delcáncer son el HER2, un protooncogen, y el p53, un gen supresor de tumores. Estos genestienen roles especialmente importantes en el cáncer de mama y colorrectal, respectivamente.Las evidencias emergentes indican que los genes de reparación de apareamientos incorrectostambién tienen un rol para predisponer las células a la mutación. La apoptosis, un mecanismode suicidio celular, es un acontecimiento biológico intrínseco que juega un rol esencial en eldesarrollo, homeostasis y en muchos procesos patológicos. Eliminar las células dañadas y suexceso de forma precisa y sistemática es un aspecto importante del desarrollo normal. Algunoscánceres parecen inhibir las cascadas de muerte celular, lo que causa una proliferaciónexcesiva e incontrolada.

Los genes implicados en la etiología del cáncer a menudo codifican moléculas como factoresde crecimiento y sus receptores, que habitualmente estimulan la replicación celular, o factoresimplicados en la muerte celular (apoptosis). Los factores de crecimiento incluyen proteínas,péptidos (subunidades proteicas) u hormonas esteroides. Cuando se unen a receptoresadecuados en la superficie celular, los factores de crecimiento activan una vía decomunicación o señalización, llamada transducción de señal, que estimula a la célula aresponder a través de la expresión o bien la inhibición de proteínas que se sabe controlan lafuncionalidad celular.

Una familia de receptores de factores de crecimiento importante y bien caracterizada es elgrupo de receptores tirosina cinasa, que controla el crecimiento y diferenciación celulares. Unode los miembros más intensamente estudiados de esta familia es el HER2, que desempeña unrol esencial en la señalización celular y cuyas anormalidades se han asociado con elpronóstico de cáncer de mama, entre otros. El HER2 es la diana para la terapia biológicaHerceptin® (véase módulo 6).

Por contraste, el p53 normalmente permite a las células enfrentarse con seguridad a daños enel DNA y evita la proliferación incontrolada de células tumorales, interrumpiendo el ciclo

3.21

3

DRAFT

3

celular para permitir la reparación de anormalidades cromosómicas o favoreciendo la muertecelular. La pérdida o inactivación del p53 evita esta vigilancia y limita la capacidad deapoptosis para mantener el número de células. Las mutaciones en el p53 permiten que otrasmutaciones pasen a las células hijas y por lo tanto son muy importantes en el desarrollo delcáncer; afectan a más del 50% de todos los cánceres y están asociadas con un alto grado deagresividad clínica. Sin embargo, aún no disponemos de terapias direccionadas al p53.

3.22



DNA Cromosomas Traducción Proteína

Genome

mRNA

Transcription

Genes**

Bases





6. Comente el rol de las mutaciones genéticas en el cáncer.


Módulo 4. El sistema inmunitario: la base paratodas las terapias biológicas

DRAF

T

4El sistema inmunitario: la base para todas las terapias biológicas

Introducción

Habiendo demostrado que el cáncer tiene una base biológica que cada vez se conoce mejor,el módulo 4 proporciona las bases para comprender por qué las terapias biológicas hanpasado a ser tanto factibles como un foco para la investigación terapéutica en oncología. Elobjetivo de las terapias biológicas es proporcionar beneficios terapéuticos explotando elsistema inmunitario para hacer diana en respuestas celulares específicas.

Este módulo proporciona una visión de conjunto concisa del sistema inmunitario, con unénfasis especial en los componentes con aplicaciones para las terapias biológicas. También setratan las posibles maneras en que el cáncer y otras enfermedades superan el reconocimientodel sistema inmunitario y, finalmente, cómo puede aplicarse el conocimiento del sistemainmunitario al entorno terapéutico.

4.1

DRAF

T

4






a. El sistema inmunitario innato responde rápidamente a organismos extraños.

b. Una vez preparado por una exposición inicial al antígeno, el sistema inmunitarioadquirido otorga memoria antigénica y es capaz de aumentar la fuerza y eficacia de larespuesta en futuras exposiciones a ese antígeno.

c. La respuesta inmunológica celular se basa en la producción de anticuerpos para actuar.

d. Las células T y B que han sido estimuladas por un antígeno son morfológicamenteindistinguibles.

e. Las células T se denominan así porque maduran en el timo.




a. En ............................. la bacteria patógena resiste la destrucción por macrófagos y semultiplica en el interior del macrófago. Cuando finalmente éste se desintegra, lasbacterias se diseminan y el contenido del lisosoma se vierte, causando daños en eltejido del huésped.

b. ............................. se deben a una respuesta inapropiada de los linfocitos T grandes aun antígeno débilmente inmunogénico.

c. La falta de células T y B por varias razones, incluyendo la destrucción de células T,puede causar .............................

d. Cuando el sistema inmunitario ataca componentes celulares del huésped entoncespueden desarrollarse enfermedades ............................. como .............................

e. El proceso por el cual el sistema inmunitario del cuerpo puede detectar y protegerse delas células con tipos o cantidades anormales de proteínas en su superficie celular seconoce como .............................



4.2

DRAF

T

4

Comprender el sistema inmunitario

El ser humano tiene dos barreras físicas para defenderse de los ataques por bacterias, virus,hongos y parásitos: la piel y las membranas mucosas que revisten el tracto digestivo,respiratorio y reproductor. Sin embargo, en el caso de que se superen estas barreras físicas,las personas tienen otros dos niveles de protección:

● el sistema inmunitario innato, que responde rápidamente a los organismos extraños

● el sistema inmunitario adquirido, que puede cambiar para protegerse frente a losorganismos extraños.

Los rasgos más importantes del sistema inmunitario son:

● es una red compleja y altamente desarrollada que implica muchos tipos distintos de célulasque interactúan entre ellas. Son los linfocitos (células T y B, denominadas así porque se lasreconoció primero como tipos de células que maduran en el timo y la bolsa de Fabricio [unórgano de los pájaros], respectivamente), los fagocitos y las células dendríticas (tabla 4.1)

● su propósito es simple: localizar invasores y eliminarlos

● es altamente específico y puede distinguir entre moléculas extrañas y moléculas propias (delhuésped)

● puede adaptarse y recordar (memoria inmunológica).

¿Qué es una respuesta inmunológica?Respuesta inmunológica es el nombre que recibe la respuesta de las células y las moléculas delsistema inmunitario después de la introducción de un agente extraño. Muchas de las respuestasdel sistema inmunitario conducen a la destrucción y eliminación de organismos invasores y decualquier molécula tóxica que puedan producir. Ya que las respuestas inmunológicas sondestructivas, es esencial que se den sólo en respuesta a moléculas extrañas al huésped y no enrespuesta al huésped en sí. Ocasionalmente, el sistema inmunitario no consigue realizar ladistinción entre moléculas extrañas y propias; estas enfermedades autoinmunes pueden serfatales (véase página 4.15).

Existen dos clases de respuestas inmunológicas:

● respuestas de anticuerpos humorales, provocadas por células B

● respuestas inmunológicas celulares, incluyendo citotoxicidad celular dependiente deanticuerpos (CCDA), provocada por células T.

¿Qué es un antígeno?Cualquier sustancia capaz de causar una respuesta inmunológica se denomina antígeno;incluye una amplia variedad de sustancias, desde simples sustancias químicas, glucosas ypequeños péptidos hasta proteínas. Los antígenos pueden estar presentes como moléculaslibres o integradas en la membrana celular de parásitos, bacterias y virus. La estructuratridimensional y la composición específica de un antígeno desencadena la producción deanticuerpos que se unirán al antígeno.

¿Qué es un anticuerpo?Los anticuerpos son proteínas inmunoglobulinas (Ig) elaboradas por células B. Las células B songlóbulos blancos (o linfocitos) formados en la médula ósea. Cada célula B tiene receptores en

4.3

Una respuestainmunológica esel nombre que

recibe larespuesta de las

células y lasmoléculas del

sistemainmunitario

después de laintroducción de

un agenteextraño.

Los anticuerposson proteínas

inmunoglobulinas(Ig) elaboradaspor células B.

DRAF

T

4

Tabla 4.1. Resumen de las principales funciones de las células implicadas en elsistema inmunitario.

Tipo de célula Funciones principales

Neutrófilos FagocitosisLiberan sustancias químicas implicadas en la inflamación

Basófilos Liberan histamina y otras sustancias químicas implicadas en la inflamaciónFunciones similares en la sangre a las de los mastocitos en los tejidos

Eosinófilos Destruyen parásitos intestinalesParticipan en las reacciones de hipersensibilidad inmediata

Células B Inician las respuestas inmunológicas mediadas por anticuerpos uniendo antígenosespecíficos a sus receptores de membrana plasmáticaCuando están activados, se transforman en células plasmáticas, que secretananticuerpos

Células plasmáticas Secretan anticuerpos

Células T citotóxicas Se unen a antígenos sobre las células diana y destruyen células directamente

Células T helper Secretan citocinas que activan células B, células T citotóxicas, células NK,macrófagos y otras células T helperSe unen al antígeno presentado por los macrófagos

Células T supresoras Inhiben las células B y T citotóxicas

Células natural killer (NK) Se unen directamente y de forma no específica a células infectadas por virus ycélulas cancerosas y las eliminanFuncionan como células agresoras en la CCDA

Células T y B de memoria Células T y B fácilmente activadas que responden a las nuevas presentaciones conun antígeno al cual el sistema inmunitario ya ha sido expuesto, produciendo unarespuesta rápida y específicaTipo celular inducido por vacunación que produce inmunidad de por vida a lainfección

Macrófagos Fagocitosis y eliminación intracelularEliminación extracelular por secreción de sustancias tóxicasProcesan y presentan antígenos a las células T helperSecretan citocinas implicadas en la inflamación, activación de células T helper yrespuestas sistémicas a la infección de heridas

Monocitos Funciones en la sangre similares a las de los macrófagos en tejidosEntran en los tejidos y se transforman en macrófagos

Células dendríticas Procesan y presentan antígenos a las células T helper

Mastocitos Liberan histamina y otras sustancias implicadas en la inflamación

4.4

DRAF

T

4

su superficie, específicos para un solo antígeno. Al encontrar y unirse a su antígeno diana, ycon la estimulación de las células T helper, las células B maduran y se convierten en fábricasde anticuerpos llamadas células plasmáticas (para más detalles, véase la página 4.7).

Existen cinco clases de anticuerpos, cada una de las cuales desempeña una funcióndistinta.

● La IgA es la segunda Ig más abundante y está implicada principalmente en la defensa de lassuperficies corporales externas.

● La IgD es elaborada por células B en desarrollo y sólo se encuentra en la superficie de estascélulas.

● La IgE protege las superficies corporales externas y está implicada en las reacciones alérgicashistamínicas.

● La IgM es la primera clase de anticuerpo producida por células B en desarrollo. A medida quelas células B se desarrollan pasan a elaborar otras clases de anticuerpos.

● La IgG es la principal clase de Ig y se produce en grandes cantidades. La IgG puede activar elsistema del complemento (véase página 4.9), induce la fagocitosis por macrófagos oneutrófilos, y estimula la CCDA.

Estructura de los anticuerpos

Un anticuerpo es una molécula con configuración en Y, con una región de unión al antígeno,llamada Fab, al final de uno de los brazos de la Y. Cada brazo está formado por dosproteínas diferentes, la cadena pesada y la cadena ligera (figura 4.1). Debido a la presenciade la región Fab al final de cada brazo del anticuerpo, cada anticuerpo puede unirse a dosantígenos simultáneamente. Ya que las regiones de unión al antígeno de cada brazo sonidénticas, se unen al mismo antígeno. Además, la región Fc del anticuerpo (el tronco de la Y)determina las propiedades biológicas del anticuerpo, y puede, por ejemplo, unirse areceptores especiales (receptores Fc) sobre la superficie de células como los macrófagos.

4.5

Un anticuerpo esuna molécula conconfiguración enY, con una región

de unión alantígeno, llamada

Fab, al final deuno de los brazos

de la Y.

Light chain

Heavy chain Constant region (Fc)

Disulphide bond

Variable region (Fab)

Figura 4.1. Estructura de una molécula anticuerpo típica.

DRAF

T

Producir diferentes anticuerposLas respuestas humorales por anticuerpos implican la producción de anticuerpos que circulanpor el torrente sanguíneo y que pasan a otros fluidos del cuerpo, donde se unenespecíficamente al antígeno extraño que los indujo. Esta unión inactiva el antígeno y lo marcapara su destrucción por células llamadas fagocitos, o induce un sistema de destrucción deantígenos por proteínas sanguíneas llamadas complemento, como se trata más adelante (véasepágina 4.9).

Se estima que se necesitan aproximadamente 100 millones de anticuerpos diferentes paraprotegerse frente a cada posible invasor. Un proceso especial llamado selección clonal permitea las células B producir un número tan elevado de distintos tipos de anticuerpos. Para entendereste proceso es importante el hallazgo de que cada célula B elabora anticuerpos que sólotienen un tipo de Fab. Además, cada Fab es específico sólo para un antígeno, denominado suantígeno afín. Cada célula B presenta sus anticuerpos en su superficie. Estos anticuerpos seconocen como receptores de células B e indican a la célula B cuándo está presente el antígenoafín. Así pues, los receptores de las células B actúan como antenas que buscan la señal correcta.

La porción de un antígeno que se combina con el lugar de unión en una molécula anticuerpo oen el receptor de un linfocito se denomina determinante antigénico o epítopo. La mayoría delos antígenos tienen una variedad de determinantes antigénicos y estimulan la producción demás de un clon anticuerpo (un grupo de anticuerpos idénticos que reconocen un epítopo) orespuesta de célula T. Estos epítopos varían en grado de antigenicidad; los más antigénicosdominan la respuesta global y se conocen como inmunodominantes.

Las células presentadoras de antígenos estimulan los clones delinfocitos Incluso si un antígeno activa muchos clones de anticuerpos, sólo una pequeña fracción de lapoblación total de linfocitos será estimulada. Para garantizar que las poblaciones apropiadasde linfocitos se exponen al antígeno, los antígenos son generalmente reunidos por célulasespeciales denominadas células presentadoras de antígenos en los órganos linfoidessecundarios (figura 4.2), a través de los cuales las células B y T circulan constantemente. Lascélulas presentadoras de antígenos proceden de la médula ósea y comprenden un grupo

4

Spleen

Lymph nodes

Lymph vessels

TonsilAdenoid

Peyer’s patches insmall intestine

Appendix

Figura 4.2. Órganos y tejidos del sistema linfático.

4.6

Se estima que senecesitan

aproximadamente100 millones de

anticuerposdiferentes para

protegerse frentea cada posible

invasor.

Las respuestashumorales por

anticuerposimplican la

producción deanticuerpos quecirculan por el

torrentesanguíneo y que

pasan a otrosfluidos del cuerpo,

donde se unenespecíficamente alantígeno extrañoque los indujo.

DRAF

T

4

heterogéneo de células. Las células dendríticas son uno de los tipos más comunes de célulaspresentadoras de antígenos. El rol más importante de las células presentadoras de antígenoses activar las células T helper. La activación de células T helper es necesaria para que puedanproliferar y diferenciarse, para que puedan estimular el crecimiento de otras células T helper ycélulas B, estimular las células T citotóxicas para eliminar una célula diana infectada, y activarlos macrófagos. Esta estimulación se produce por secreción de citocinas; por ejemplo lainterleucina-2 (IL-2) y la interleucina-4 (IL-4) liberadas por las células T helper estimulan elcrecimiento de células T y B (y las hacen cambiar para producir anticuerpos IgE), mientras quela producción de interleucina-1 (IL-1) e interferón-g (IFN-g) activa los macrófagos.

Cuando un receptor de célula B reconoce su antígeno diana y están también presentes lasseñales apropiadas de una célula T helper, se une al antígeno, lo que estimula la división de lacélula B para producir miles de células B idénticas (aproximadamente 20.000). Este grupo decélulas idénticas se denomina clon de células B y su producción dura aproximadamente unasemana. Todas las células del clon tienen idéntica especificidad de antígeno.

Crear una vasta diversidad de anticuerposLos anticuerpos están formados por dos pares de subunidades idénticas denominadas cadenaspesada y ligera, que están unidas químicamente. Tanto la cadena ligera como la pesada deuna molécula Ig tienen regiones constante y variable diferenciadas. Existen grandes áreassimilares en todos los anticuerpos, que se denominan regiones constantes (C). Dentro de laregión variable, en los extremos amino-terminal de las cadenas ligera y pesada que se unenpara formar el lugar de unión al antígeno, existen diferencias de un anticuerpo a otro. Esimportante remarcar que existen tres regiones cortas hipervariables, con un alto grado devariación, responsables de la especificidad del anticuerpo. La parte restante de la regiónvariable (V) se conoce como región marco, que es relativamente constante.

Tanto las cadenas ligeras como las pesadas están formadas por segmentos repetidos odominios (figura 4.3), cada uno de los cuales se dobla de manera independiente para formaruna unidad funcional compacta. Una cadena ligera consta de un dominio variable (VL) y unoconstante (CL), mientras que la mayoría de las cadenas pesadas constan de un dominio

4.7

VL

VH

C 1H

CH

C

2

3H

CL

Hinge

Heavy chain

Light chainHypervariable

region

Figura 4.3. Estructura de los dominios del anticuerpo.

El rol másimportante de las

célulaspresentadoras de

antígenos esactivar las células

T helper.

Los anticuerposestán formados

por dos pares desubunidades

idénticasdenominadas

cadenas pesada yligera, que están

unidasquímicamente.

DRAF

T

4

V1

V2 D1 J4 Cm

V2 Vn D1 Dn J1 Jn Cm Cn

Approximately 100different V segments

Selection

>4D segments

ImmatureB-cell heavychain DNA

MatureB-cell heavychain DNA

6J segments

Approximately 10C segments

Figura 4.4. La selección aleatoria de segmentos V, D, J y C crea una enorme diversidad de anticuerpos.

variable (VH) y tres dominios constantes (CH1, CH2 y CH3). Los dominios variables seencargan de la unión con el antígeno, y los dominios constantes de las cadenas pesadas(excluyendo el CH1) forman la región Fc, que determina el resto de propiedades biológicasdel anticuerpo.

Las cadenas pesadas de los anticuerpos en células B inmaduras están formados por cuatrotipos de módulos (V, D, J y C). Existen numerosos tipos diferentes de cada uno de estosmódulos individuales (figura 4.4). En las cadenas ligeras existe una diversidad similar demódulos. Esta diversidad proporciona suficientes módulos, de manera que mezclándolos ycombinándolos se pueden crear unos 10 millones de combinaciones diferentes de cadenasligeras y pesadas. La diversidad de anticuerpos aumenta aún más por la adición o deleción depequeños fragmentos de DNA en la región de unión en que se unen los módulos (diversidadde las regiones de unión).

Función de los anticuerposLos anticuerpos identifican y se unen a los antígenos mediante sus regiones Fab, marcándolospara su destrucción. Su región Fc libre (el tronco) puede unirse a receptores Fc en la superficiede los fagocitos (células que destruyen a los invasores), lo que forma un puente entre elantígeno y el fagocito, por lo que puede destruirse el antígeno.

Los anticuerpos actúan de tres maneras:

● neutralización, bloqueando la actividad biológica de las moléculas diana

● opsonización, interactuando con receptores especiales de varias células, incluyendomacrófagos, neutrófilos, basófilos y mastocitos, permitiéndoles reconocer y responder alantígeno

● activación del complemento, causando destrucción directa de la estructura celular (lisis)mediante el complemento e intensificando la fagocitosis.

4.8

Los anticuerposidentifican y se

unen a losantígenos

mediante susregiones Fab,

marcándolos parasu destrucción.

DRAF

T

4

4.9

El sistema inmunitario innato

El sistema inmunitario innato no sólo produce respuestas rápidas frente a invasores habituales,sino que también activa y controla el sistema inmunitario adquirido. Es importante observarque, a diferencia del sistema inmunitario adquirido, el innato no guarda memoria de laexposición a un antígeno extraño.

El sistema inmunitario innato tiene tres componentes:

● sistema del complemento

● fagocitos

● células natural killer (células agresoras naturales).

El sistema del complemento –el efecto dominóEl sistema del complemento actúa muy rápidamente de forma independiente y en cooperacióncon los anticuerpos para defenderse de la infección. Está compuesto por aproximadamente20 proteínas diferentes que actúan conjuntamente para destruir a los invasores y transmitirseñales a otras células del sistema inmunitario, como los macrófagos, para atacar. Lasproteínas solubles del complemento son elaboradas principalmente por el hígado y circulanpor la sangre y fluidos extracelulares. Antes de que el sistema del complemento puedafuncionar, tiene que ser activado por complejos anticuerpo-antígeno o microorganismos.Entonces las proteínas del complemento sufren una cascada de reacciones de digestiónenzimática de proteínas (proteolíticas), análogas a un efecto dominó (figura 4.5), que da lugara la formación de complejos de ataque de membrana, que producen orificios en losmicroorganismos, y por lo tanto los destruyen. Los componentes del complemento fuertementeunidos a las células diana también pueden ser reconocidos por un receptor específico de losmacrófagos y los neutrófilos, favoreciendo así la fagocitosis. Otros componentes son solubles yatraen a los leucocitos al lugar diana. Así pues, el complemento se encarga de reunir loscomplejos de ataque de membrana con actividad directa contra células diana y también activala respuesta inflamatoria aguda.

FagocitosDos tipos de fagocitos cooperan para destruir células: macrófagos y neutrófilos. Losmacrófagos son células versátiles que recogen productos de desecho y que también actúancomo células presentadoras de antígenos y para eliminar organismos extraños. También sonimportantes para la síntesis de citocinas, en concreto del factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) eIL-2. Están presentes en casi todos los tejidos.

Los neutrófilos son células de corta vida (5 días) que se encuentran en la sangre en númerosmuy elevados y que pueden ser rápidamente reclutados a cualquier lugar, lo que activa elcomplemento. Los neutrófilos son células agresoras importantes. Cuando son activados por lascitocinas elaboradas por macrófagos, reciben una señal para dejar los vasos sanguíneos eintroducirse en los tejidos para atacar en el lugar de infección.

Células agresoras naturalesLas células natural killer (NK) son linfocitos granulares grandes que son citotóxicos en ausenciade estimulación previa. Las células NK son una defensa de primera línea frente a la infección,el crecimiento de tumores y alteraciones patogénicas, y también pueden dejar la sangre paraentrar en tejidos infectados. Las células NK no expresan anticuerpos o receptores de células T

El sistemainmunitario innatono sólo produce

respuestasrápidas frente a

invasoreshabituales, sino

que tambiénactiva y controla

el sistemainmunitarioadquirido.

El sistema delcomplemento

actúa muyrápidamente de

formaindependiente yen cooperación

con losanticuerpos paradefenderse de la

infección.

Las células naturalkiller (NK) son

linfocitosgranulares

grandes que soncitotóxicos enausencia deestimulación

previa.

DRAF

T

4

4.10

en su superficie. Es importante observar que producen citocinas y expresan receptores parainmunoglobulina. Las células NK pueden eliminar células tumorales, células infectadas porvirus, bacterias, parásitos y hongos mediante otras moléculas receptoras. Eliminan las célulascreando orificios y secretando enzimas específicas que causan el suicidio (apoptosis) de suvíctima. Las células NK median la CCDA, es decir que eliminan células basándose en lapresencia o actividad de anticuerpos, pero por mediación de células inmunitarias. Lasmoléculas proteínas denominadas IFN-α e IFN-α son producidas por una variedad de célulasen respuesta a la infección vírica. El IFN-α y el IFN-α activan potentemente las células NK.

El sistema inmunitario adquirido

Un segundo nivel de inmunidad lo proporciona el sistema inmunitario adquirido. Este niveladicional de defensa aumenta en fuerza y eficacia con cada exposición a un antígenoespecífico. Después de la exposición inicial a un antígeno, se da una respuesta inmunológicaprimaria, después de la cual el sistema inmunitario adquiere inmunidad de por vida frente a

Después de laexposición iniciala un antígeno, seda una respuesta

inmunológicaprimaria, después

de la cual elsistema

inmunitarioadquiere

inmunidad de porvida frente a ese

antígeno.

Antibody

bound to

antigen

Direct

membrane

puncture

Macrophage

recruitment

Complement activation

Micro-organism

Complement

cleavage

cascade

or

Figura 4.5. La cascada del complemento y su rol en la eliminación de células diana.

DRAF

T

4

ese antígeno. Esta memoria específica de antígeno da lugar a una respuesta inmunológica másveloz y prolongada en la siguiente exposición al antígeno. Esta memoria antigénica forma labase de la vacunación frente a enfermedades infecciosas como el sarampión y la parotiditis.

El sistema inmunitario innato agudiza la eficacia de la respuesta inmunológica adquiridaconcentrando la respuesta en el punto de invasión/infección. La diferencia entre inmunidadinnata y adquirida radica en la especificidad al antígeno de los linfocitos. Expresan receptoresde superficie celular que reconocen partes diferenciadas del antígeno conocidas comoepítopos antigénicos. El amplio repertorio de diferentes especificidades de anticuerposteóricamente prepara al sistema inmunitario para responder a prácticamente todos losantígenos potenciales.

Respuestas inmunológicas celulares

Esta clase de respuesta inmunológica implica la producción de células especializadas quereaccionan frente a antígenos extraños en la superficie de otras células del huésped. Estascélulas eliminan una célula del huésped infectada o un organismo extraño antes de que lainfección pueda extenderse. Si no, estas células secretarán señales químicas que activancélulas agresoras especiales llamadas macrófagos, que destruyen a los invasores.

LinfocitosLas principales células implicadas en el sistema inmunitario se presentan en la tabla 4.1. Ungrupo de glóbulos blancos denominados linfocitos es responsable del alto grado deespecificidad del sistema inmunitario. Los linfocitos se encuentran en cifras elevadas en sangre,linfa y órganos linfoides, como el timo, los ganglios linfáticos, el bazo y el apéndice. Loslinfocitos expresan receptores con afinidades variables para los antígenos. La célula con lamayor afinidad para el antígeno más abundante tendrá una ventaja de crecimiento y por lotanto se reproducirá de forma preferente. Este importante proceso es dirigido por antígenos yse conoce como expansión clonal. Los linfocitos pueden ser células T o células B. Las células Ty B que aún no han sido estimuladas por un antígeno se denominan células virgen y son muysimilares. Sin embargo, con la estimulación de un antígeno, las células T y B se activan ypueden distinguirse morfológicamente.

Células B

Las células B se desarrollan en la médula ósea de los adultos o en el hígado del feto y seencargan de la producción de anticuerpos (respuesta inmunológica humoral) y de proteínassolubles denominadas citocinas. Las células B en desarrollo siempre producen la clase IgM deanticuerpo primero, pero a medida que se desarrollan pasan a producir otras clases deanticuerpos (figura 4.6).

Células T

Las células T son producidas en la medula ósea, pero maduran en el timo. Se encargan deayudar a otras células T y B y de la inmunidad celular, incluyendo la CCDA. Las células Ttambién son diversas y sufren selección clonal. La proliferación dura alrededor de una semanay es específica. Como las células B, en su superficie presentan una molécula similar a unanticuerpo, el receptor de célula T (TCR). A diferencia de las células B, que pueden reconocercualquier molécula orgánica, las células T sólo reconocen antígenos proteína. Específicamente,reconocen fragmentos de péptidos de antígeno combinados con moléculas de superficiecelular del complejo principal de histocompatibilidad (MHC, major histocompatibility complex)en células presentadoras de antígenos. Así pues, las células T reconocen antígeno procesado.

4.11

Las células B sedesarrollan en lamédula ósea de

los adultos o en elhígado del feto yse encargan de la

producción deanticuerpos(respuesta

inmunológicahumoral) y de

proteínas solublesdenominadas

citocinas.

DRAF

T

4

Otra diferencia es que las células B secretan sus receptores como anticuerpos, pero los TCR semantienen adheridos a la superficie de la célula T.

Existen dos tipos distintos de célula T:

● células T helper, que ayudan a activar las células B y los macrófagos

● células T citotóxicas, directamente implicadas en la defensa frente a infecciones.

Las células T citotóxicas eliminan células infectadas por virus horadándolas. Las células Thelper ayudan a las células T citotóxicas y a las células B produciendo proteínas denominadascitocinas. Las citocinas derivadas de células T aumentan la actividad presentadora deantígenos de los macrófagos. Esta mayor presentación de antígenos produce un circuito deretroalimentación positivo hasta que se eliminan todas las moléculas de antígeno.

4.12

Immature B cell expressing

antibody for a specific antigen

B cell encounters antigen,

which binds to cell surface

antibody (IgM or IgD)

B cell matures and secretes

large IgM antibodies, which

circulate in plasma

Antibody expression

switches so that different

classes of same antigen

specificity are produced

Mature B cell undergoes clonal

expansion to produce large

numbers of identical B cells

IgG IgA IgE

Figura 4.6. Cambio en la clase de anticuerpos producidos por las células B a medida que maduran.Los anticuerpos IgM se producen en primer lugar, seguidos de anticuerpos IgA, IgE e IgG.

DRAF

T

4

4.13

Producir anticuerpos en el laboratorio

Los anticuerpos se elaboran sencillamente inyectando pequeñas cantidades de un antígenovarias veces en un animal, como un conejo o un ratón. Esto estimula las células B del animalpara producir anticuerpos para ese antígeno, que pueden extraerse de un suero rico enanticuerpos (llamado antisuero) del animal. Sin embargo, el antisuero contiene una mezcla dediferentes anticuerpos específicos para diferentes regiones de la molécula de antígeno. Es loque se conoce como respuesta policlonal, ya que se dan varios clones de células B diferentes.La heterogeneidad de un antisuero policlonal puede reducirse purificando el antisuero.

Producir anticuerpos monoclonales en el laboratorioUna forma de superar la heterogeneidad de los antisueros es usar una técnica que produce untipo único de anticuerpo, llamado anticuerpo monoclonal. Esta técnica se denomina técnica delhibridoma e implica producir un clon de células a partir de una sola célula B secretora deanticuerpos, de forma que pueda producirse una preparación homogénea de anticuerpos engrandes cantidades.

Sin embargo, las células B en cultivo tienen una vida limitada. Por lo tanto, las células B de unanimal inmunizado, por ejemplo un ratón, se fusionan con células inmortales de un tumor decélulas B para producir una mezcla de células híbridas (figura 4.7). Estas células son cribadaspara determinar aquellos híbridos que pueden multiplicarse indefinidamente en cultivo ypueden producir el anticuerpo. Estas células híbridas que cumplen con ambos criterios sedenominan hibridomas. Los clones individuales de hibridoma se cultivan a partir de célulasúnicas y así producen anticuerpos de especificidad única. Los anticuerpos producidos por estosclones son cribados entonces para afinidad frente al antígeno diana para identificar a aquelloscon la especificidad deseada.

Ventajas de los anticuerpos monoclonales

A diferencia de los anticuerpos policlonales, los monoclonales secretados por un hibridomatienen lugares de unión al antígeno idénticos con especificidad uniforme, lo que les hace másútiles que los antisueros convencionales. Los anticuerpos monoclonales son producidos por unalínea inmortal de células B, lo que significa que la disponibilidad de anticuerpos es estable yduradera. Otra ventaja importante de la técnica del hibridoma para la producción deanticuerpos monoclonales es que permite la producción de grandes cantidades de anticuerposmonoclonales. Las principales aplicaciones clínicas en oncología de los anticuerpos monoclonalesse presentan en la tabla 4.2, y algunas de ellas se consideran con detalle en el módulo 6.

El sistema inmunitario y la enfermedad

Habitualmente el sistema inmunitario está implicado en la protección del cuerpo frente aorganismos extraños, evitando así la infección y los daños. Sin embargo, en ciertassituaciones, la actividad normal del sistema inmunitario puede provocar enfermedades. Unejemplo de ello es la tuberculosis, en que la bacteria que causa la enfermedad resiste ladestrucción cuando es ingerida por los macrófagos y en vez de ello se multiplica en elcitoplasma del macrófago. Estos macrófagos al final se desintegran, lo que permite a lasbacterias extenderse a otros macrófagos, causando a la vez daños en tejidos mediante laactividad enzimática del contenido celular. Otro ejemplo es la sepsis, en que la respuestalocalizada normal a la infección implicando macrófagos y células NK y la liberación decitocinas se generalizan y hacen que los vasos sanguíneos ‘goteen’ (extravasación), lo quepuede conllevar un descenso de la presión arterial, shock y fallo cardíaco.

. . . losmonoclonales

secretados por unhibridoma tienenlugares de unión

al antígenoidénticos conespecificidaduniforme . . .

. . . en ciertassituaciones, la

actividad normaldel sistema

inmunitario puedeprovocar

enfermedades.

4

4.14

A mouse is immunisedwith the antigen of interestto produce a humoralantibody response

Antibody-producingB cells, with specificity forthe target antigen(antigen A) and irrelevantantigens (antigen X), areharvested from the spleen

Antibody-producingB cells are fused withimmortal B cells(tumour cells) toproduce a population ofhybridoma cells

Individual hybridomacells are isolatedand amplified in culture(clonal expansion). Onlythose hybridomas withthe correct genetic makeup, proliferate andproduce antibody

Antibodies produced byindividual clones arescreened for binding affinityagainst the target antigen(antigen A), to identify cellsproducing monoclonalantibodies with the desiredaffinity

Spleen cells

ImmortalB cells

Wellplate

Hybridomacells

Celldeath

Anti XAnti A

AntiX

AntiA

Noantibody

Antigen A

Wellplate

+ – – – Result

Figura 4.7. Producción de anticuerpos monoclonales usando la técnica del hibridoma.

Otras veces el mal funcionamiento del sistema inmunitario causa enfermedades. Un ejemplocomún de este mal funcionamiento es la alergia. Las alergias son debidas a una respuestainapropiadamente exagerada de células T y a la liberación de IgE en respuesta a un antígenodébilmente inmunogénico. Otro ejemplo son las inmunodeficiencias, como el síndrome de

4

Tabla 4.2. Aplicaciones clínicas de los anticuerpos monoclonalesen oncología.

Diagnóstico

● Cribado de fluidos corporales (suero, esputo, derrames, orina, LCR) para la presenciade AAT circulante

● Escáner nuclear con AM radiomarcados – detección de lesiones primarias o metastásicas– linfoescintigrafía para detectar afectación linfática

● Uso de AM radiomarcados con sonda de detección-g intraoperativa

● Inmunopatología– dilema diagnóstico: maligno versus benigno– diagnóstico diferencial del tipo de tumor– subclasificación del tumor basada en la expresión de AAT

• potencial metastásico• sitio favorecido especifico de matástasis• predicción de respuesta (o falta de ella) a regímenes terapéuticos específicos• pronóstico

Monitorización de la progresión de la enfermedad

● Cribado de fluidos corporales para AAT circulante

● Escáner nuclear con AM radiomarcados para detectar o cuantificar la recidiva tumoral

● Inmunopatología para la detección de metástasis ocultas– citología por aspiración– biopsia de ganglios linfáticos o médula ósea– citología de fluidos corporales

Terapia

● Citotoxicidad directa de AM (por ejemplo Herceptin®, MabThera™)– mediada por complemento– mediada por células

● Conjugación de fármacos de AM (por ejemplo doxorubicina)

● Conjugación de toxina de AM (por ejemplo ricina)

● Conjugación de radionúclidos de AM

● Excisión del tumor ex-vivo a partir de médula ósea recolectada

● Inhibición de receptores para factores de crecimiento

● Administración de AM anti-idiotipo para inducir inmunidad activa específica paracélulas tumorales

LCR = líquido cefalorraquídeo; AAT = antígeno asociado a tumor; AM = anticuerpo monoclonal

4.15

inmunodeficiencia combinada grave y el SIDA, debidas a la falta de células T y B, y a ladestrucción de células T, respectivamente. De forma ocasional, el sistema inmunitario ataca loscomponentes celulares del huésped, lo que causa cambios patológicos que denominamosautoinmunidad. Las reacciones autoinmunes son mayoritariamente de corta duración y

DRAF

T

4

4.16

resuelven por sí solas. Sin embargo, en el 5% de las personas, esta reacción es crónica ydebilitante y en ocasiones poco frecuentes puede ser peligrosa para la vida. Ejemplos deenfermedades con componente autoinmune incluyen el lupus eritematoso sistémico, laenfermedad de Addison y la anemia perniciosa. Antes de que puedan desarrollarse nuevasvacunas eficaces contra los antígenos del huésped anormalmente expresados por tumores, hayque comprender mejor los defectos de los mecanismos inmunológicos que causan reaccionesautoinmunes.

Además de estas enfermedades debidas a malfunciones del sistema inmunitario o lacapacidad de los organismos de usar la función inmunológica normal para sus propios fines,el sistema inmunitario también tiene un rol en el cáncer.

CáncerComo ya se esbozó en módulos anteriores, la mayoría, si no todas las células cancerosasexpresan moléculas anormales o cantidades anormales de moléculas normales en su superficiecelular. Por lo tanto, sería de esperar que el sistema inmunitario atacara las células cancerosasproducidas por el huésped. Este proceso se denomina vigilancia inmunológica. Sin embargo,no está claro si la vigilancia inmunológica tiene un rol importante en la protección del cuerpofrente al cáncer. Se sabe que es más posible que las personas inmunosuprimidas y aquellascon inmunodeficiencias como el SIDA desarrollen linfomas, leucemias y cánceres asociados avirus, pero no tumores sólidos. La similitud en la tasa de desarrollo de tumores sólidos enpersonas con un sistema inmunitario intacto y aquellas cuyo sistema inmunitario está dañadoimplica que la vigilancia inmunológica no tiene un rol importante en la defensa frente atumores sólidos.

La capacidad de la vigilancia inmunológica de reconocer tumores es el sujeto de estudiosintensos, con los macrófagos y las células NK como centro. La expresión anormal de lasmoléculas de superficie en las células tumorales a menudo implica los receptores de TNF-α,secretado por macrófagos. Se ha demostrado que el TNF-α que se une a estas célulastumorales induce la apoptosis de células tumorales in vitro. Se ha demostrado que elmecanismo de este efecto en un modelo de sarcoma en ratón era debido a la interrupción delaporte sanguíneo del tumor. Los macrófagos también son sensibles a las moléculas de lípidosnormalmente presentes en el interior de los eritrocitos, pero que se exteriorizan a medida queel eritrocito envejece y hay que retirarlas del sistema sanguíneo. Las células tumorales tambiénpueden expresar estas moléculas de lípido, lo que sugiere otro mecanismo de reconocimientode los macrófagos. Las células NK, que pueden causar la muerte de las células tumorales,también parecen seleccionar las células tumorales basándose en la expresión anormal demoléculas de superficie. Sin embargo, aún no se conoce el alcance de la actividad de estascélulas inmunitarias en la destrucción de células tumorales in vivo.

Estas respuestas son ideales para el reconocimiento de células tumorales, ya que son rápidas ydiversas. Además, el feedback positivo entre macrófagos y células NK perpetúa y potencia larespuesta. En contraste, las células T citotóxicas en teoría producirían una respuesta vigorosa alas células tumorales. Sin embargo, esto no se observa en la realidad, posiblemente porque lostumores se desarrollan en áreas no sujetas a la vigilancia de células T. Esto es el resultado dela necesidad de mantener la autotolerancia, lo que significa que las células T no circulan enzonas en que podrían encontrar antígenos propios. Así, una célula tumoral que se desarrollaen el pulmón y que expresa un antígeno propio anormal no está sujeta a vigilancia de célulasT. Además, la mayoría de las células tumorales con las que las células T entran en contacto no

. . . la mayoría, sino todas las

células cancerosasexpresanmoléculas

anormales ocantidades

anormales demoléculas

normales en susuperficie celular.

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T

4

presentan antígenos de forma que puedan ser reconocidos por la célula T. Así, parece posibleque en estadios precoces del desarrollo del tumor, las células T no encuentren células tumoralesy que éstas sean sólo débilmente inmunogénicas.

Por último, existe otra propiedad intrínseca de las células tumorales que convierte en ineficazla vigilancia inmunológica. Las células tumorales constantemente adquieren mutaciones, quepueden afectar la capacidad del sistema inmunitario de reconocer todas las células tumorales,la forma en que se presenta un antígeno e incluso si es presentado. En muchos casos, lascélulas tumorales sólo son débilmente inmunogénicas, lo que limita la respuesta inmunológicaque se da en respuesta a ellas y permite el desarrollo del cáncer.

Basándonos en lo anterior, aunque la respuesta inmunológica a los tumores no se comprendepor completo, está claro que la vigilancia inmunológica tiene una eficacia limitada a la horade prevenir el establecimiento y crecimiento de tumores.

Resumen

El propósito del sistema inmunitario es proteger frente a cualquier cuerpo extraño, seanorganismos infecciosos o células anormales. Se dan dos niveles de inmunidad: la inmunidadinnata y la adquirida. El sistema inmunitario está compuesto por millones de clones delinfocitos, cada uno de los cuales tiene un receptor de superficie celular único que les permiteacoplarse a un determinante antigénico concreto. El sistema inmunitario consta de varios tiposde células distintos: linfocitos, fagocitos y células dendríticas. Los linfocitos son de dos tipos:células B y células T. Las células B producen anticuerpos y las células T se encargan decooperar y de las respuestas inmunológicas mediadas por células. Los anticuerpos sonproteínas inmunoglobulinas en forma de Y, con cadenas ligeras y pesadas. Existen cinco clasesdistintas de anticuerpos, todos los cuales se unen a antígenos para proteger frente a lainfección. Las células B pueden ser estimuladas para elaborar anticuerpos inyectandopequeñas cantidades de antígeno varias veces en animales como conejos o ratones. Sinembargo, ello produce una mezcla de distintos anticuerpos específicos para distintas regionesde la molécula de antígeno. En el laboratorio es posible elaborar anticuerpos que reconozcanun solo antígeno, llamados anticuerpos monoclonales; se generan usando una técnicadenominada técnica del hibridoma. Estos anticuerpos monoclonales son útiles en un amplioespectro de aplicaciones clínicas en oncología.

. . . la vigilanciainmunológica

tiene una eficacialimitada a la hora

de prevenir elestablecimiento ycrecimiento de

tumores.

El sistemainmunitario estácompuesto por

millones de clonesde linfocitos, cadauno de los cualestiene un receptor

de superficiecelular único que

les permiteacoplarse a undeterminanteantigénicoconcreto.

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4






a. El sistema inmunitario innato responde rápidamente a organismos extraños.

b. Una vez preparado por una exposición inicial al antígeno, el sistema inmunitarioadquirido otorga memoria antigénica y es capaz de aumentar la fuerza y eficacia de larespuesta en futuras exposiciones a ese antígeno.

c. La respuesta inmunológica celular se basa en la producción de anticuerpos para actuar.

d. Las células T y B que han sido estimuladas por un antígeno son morfológicamenteindistinguibles.

e. Las células T se denominan así porque maduran en el timo.




a. En ............................. la bacteria patógena resiste la destrucción por macrófagos y semultiplica en el interior del macrófago. Cuando finalmente éste se desintegra, lasbacterias se diseminan y el contenido del lisosoma se vierte, causando daños en eltejido del huésped.

b. ............................. se deben a una respuesta inapropiada de los linfocitos T grandes aun antígeno débilmente inmunogénico.

c. La falta de células T y B por varias razones, incluyendo la destrucción de células T,puede causar .............................

d. Cuando el sistema inmunitario ataca componentes celulares del huésped entoncespueden desarrollarse enfermedades ............................. como .............................

e. El proceso por el cual el sistema inmunitario del cuerpo puede detectar y protegerse delas células con tipos o cantidades anormales de proteínas en su superficie celular seconoce como .............................



Módulo 5. Tecnologías que han hecho posibles lasterapias biológicas

DRAF

T

5Tecnologías que han hecho posibles las terapias biológicas

Introducción

Hace tiempo la biología se consideraba relativamente insondable, y la investigación biológicase basaba principalmente en la observación y clasificación de especies y organismos. Sinembargo, los importantes avances tecnológicos en biología celular y molecular y en genéticaen los últimos 50 años han conllevado un nuevo enfoque de investigación que está ampliandode forma rápida y sistemática nuestra comprensión del funcionamiento de las células y,especialmente, de los genes.

Un progreso notable, incluyendo el desarrollo de un medio de investigación denominadotecnología del DNA recombinante, significa que hoy en día es posible cortar una regiónconcreta de DNA y realizar un número virtualmente ilimitado de copias de ella. Esta técnicapermite determinar rápidamente la secuencia exacta de las bases que forman el DNA yconstruir o rediseñar esa región mediante ingeniería genética, después de lo cual puede serinsertada en células en cultivo. Un gen rediseñado puede incluso ser insertado en una planta oanimal, para que pase a ser parte estable de su genoma y se transmita a su descendencia.Este módulo usa la información de los módulos anteriores para permitir una revisión de losdistintos componentes de la tecnología de DNA recombinante, que han revolucionado lamanera en que los investigadores estudian las células y sus procesos biológicos y han creadonuevas oportunidades para la intervención médica. Como veremos más adelante, esteprogreso es crucial, ya que facilita el desarrollo de pruebas para factores implicados en lapatogénesis del cáncer y el descubrimiento y desarrollo de nuevas terapias, como las terapiasbasadas en anticuerpos monoclonales, que evitan el crecimiento y diseminación del cáncer.

Los expertos en investigación reconocen que la gran cantidad de información molecular ygenética que aún queda por descubrir tendrá un impacto trascendental en la forma en quetratamos las enfermedades y trastornos humanos. Con la intención de obtener la mayorinformación en el menor tiempo posible, muchos proyectos de investigación actuales implicanuna colaboración extensa entre investigadores a escala internacional. El esfuerzo deinvestigación científica internacional más importante es el Proyecto Genoma Humano. Estemódulo trata también este interesante proyecto, junto con el manejo e implicaciones de losnuevos y valiosos datos que se están descubriendo.

5.1

5


1. Varias enzimas y tecnologías se utilizan para analizar y manipular el DNA. De la listasiguiente, escoja la enzima o técnica más apropiada que realiza las siguientes acciones:

Secuenciación de DNA Electroforesis en gelLigasa Hibridación de ácido nucleicoPolimerasa Enzima de restricción Transcriptasa inversa

Sintetiza el DNA

………………………………………………………………………………….............................

Elabora DNA complementario (cDNA) a partir de RNA mensajero (mRNA)

.…………………………………………………………………………………............................

Corta el DNA en fragmentos para analizarlos

.…………………………………………………………………………………............................

Une los fragmentos de DNA

………………………………………………………………………………….............................

Separa los fragmentos de DNA según su tamaño

………………………………………………………………………………….............................

Establece el orden exacto de pares de bases en un fragmento de DNA

………………………………………………………………………………….............................

Permite la localización precisa de DNA o RNA usando una sonda

………………………………………………………………………………….............................


3. A veces se clonan muchos fragmentos a la vez para formar una biblioteca de clones.¿Cómo puede identificarse el clon con el fragmento insertado de DNA de interés?




EstructuraFunción

Gen Proteína

5.2

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5

Avances tecnológicos

Tecnología del DNA RecombinanteUna estrategia denominada tecnología del DNA recombinante ha revolucionado la forma enque los investigadores estudian las células y sus procesos biológicos, y ha abierto nuevoshorizontes para la medicina. La tecnología del DNA recombinante de hecho consta de ungrupo de técnicas que permiten el examen y, sobre todo, la manipulación de la estructura yfunción del DNA de una célula. Las técnicas principales en la tecnología del DNArecombinante son:

● síntesis, digestión enzimática y modificación del DNA usando enzimas

● secuenciación del DNA, que muestra el orden de las bases de DNA

● hibridación del ácido nucleico, que permite la localización precisa del DNA o el RNAusando una sonda

● clonación del DNA, que permite la producción de un número virtualmente ilimitado decopias de un segmento específico de DNA

● ingeniería genética, que permite la generación de genes modificados que pueden serinsertados en células u organismos.

Síntesis, digestión enzimática y modificación del DNA usando enzimas

Las enzimas (proteínas que catalizan una reacción) desempeñan un rol básico en elaislamiento y manipulación de genes individuales en la tecnología de DNA recombinante. Ungran número de enzimas son capaces de sintetizar, cortar o modificar el DNA. Las enzimasque sintetizan DNA, las DNA polimerasas, producen una hebra nueva de DNAcomplementario a la hebra antigua (plantilla) y están implicadas en la replicación del DNA.De forma similar, se sintetiza un DNA complementario (cDNA) a partir de mRNA usando unaenzima llamada transcriptasa inversa. Como se trata más adelante, las moléculas de mRNApueden ser aisladas en el laboratorio y usadas como plantilla para sintetizar una hebra decDNA, que puede emplearse para localizar los genes correspondientes en los cromosomas.Dado que el cDNA está elaborado a partir de mRNA, sólo contiene secuencias codificadorasde DNA (exones), lo que lo hace valioso para deducir la secuencia de aminoácidos de laproteína o para producir la proteína en grandes cantidades en una célula bacteriana o delevadura. (El DNA genómico contiene exones separados por secuencias no codificadorasdenominadas intrones. Durante la transcripción de DNA a RNA se suprimen los intrones paraproducir una hebra de RNA compuesta de secuencias sólo codificadoras.)

Numerosas enzimas llamadas enzimas de restricción cortan el DNA, aleatoriamente o enpuntos concretos. Pueden hacerlo en las dos o en una sola hebra cada vez, al final de la hebra(exonucleasa) o en el interior de la hebra (endonucleasa). Las ligasas también son enzimasimportantes en la tecnología de DNA recombinante porque permiten la unión de filamentosdistintos de DNA para crear nuevas hebras de DNA con una composición diferente.

Secuenciación del DNA

La secuenciación del DNA es una técnica potente y muy importante basada en la electroforesisen gel. La electroforesis en gel es una técnica usada para separar fragmentos de DNA segúnsu tamaño. Se aplica una mezcla de fragmentos de DNA de distintos tamaños a un gelincoloro con una red compleja de poros a través de los cuales puede pasar el DNA. El DNAtiene una carga global negativa, así que cuando se aplica una corriente eléctrica al gel, los

5.3

Las enzimasesempeñan un rol

básico en elaislamiento y

manipulación degenes individualesen la tecnología

de DNArecombinante.

La electroforesisen gel es unatécnica usadapara separarfragmentos deDNA según su

tamaño.

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5

fragmentos de DNA se desplazan hacia el electrodo positivo. Cuanto más corto sea elfragmento, más rápido migrará a través del gel. Debido a sus distintas longitudes, losfragmentos de DNA se separarán. Generalmente, los resultados de la electroforesis en gel seobtienen usando un colorante para hacer visible el DNA. Si una referencia con fragmentos delongitud conocida se desplaza junto con el DNA desconocido, es posible determinar lalongitud del fragmento.

La secuenciación del DNA establece el orden exacto de los pares de bases en un segmento deDNA. La figura 5.1 muestra una pequeña porción de la lectura de un gel de secuenciaciónbasado en fluorescencia. Cada pico corresponde a un fragmento de DNA fluorescentemarcado con colorante que termina en una base específica. De esta forma los investigadorespueden determinar secuencias de DNA. Esta información permite determinar dónde seencuentra un gen (mapeo) y qué proteína codifica. La manipulación de DNA también se utilizapara comprobar que los pasos individuales de un proceso han tenido éxito. Conocer lasecuencia de DNA también proporciona información acerca de la proteína que el DNA codifica.

Existen dos aproximaciones básicas para la secuenciación que reciben el nombre de losinvestigadores que las desarrollaron: Maxam-Gilbert y Sanger. Ambos métodos actúan porseparación de muy alta resolución de las moléculas de DNA usando electroforesis en gel, esdecir, que pueden separarse incluso los fragmentos con una diferencia de tamaño de un solonucleótido. Sin embargo, difieren sobre todo en la forma en que se producen las familias defragmentos de DNA basados en la molécula original de DNA. Casi todos los pasos de estosmétodos de secuenciación están automatizados hoy en día.

La secuenciación de Maxam-Gilbert usa sustancias químicas para cortar el DNA en basesespecíficas, lo que da lugar a fragmentos de longitudes diferentes. Por el contrario, lasecuenciación de Sanger implica el uso de un procedimiento enzimático para sintetizar lascadenas de DNA de diversas longitudes en cuatro reacciones diferentes, detiene la replicaciónde DNA en las posiciones ocupadas por una de las cuatro bases, y después determina laslongitudes de los fragmentos resultantes.

Hace poco también se ha desarrollado la secuenciación basada en electroforesis capilar yultrafina. Ambos métodos aumentan la ratio de separación de fragmentos. Se espera que lastecnologías de secuenciación sin gel de tercera generación, que buscan aumentar la eficaciaen varios órdenes de magnitud, se usarán para la secuenciación de la mayoría del genomahumano.

C A A C A A T G A T T T T A G G G A A T G A T G CA

Figura 5.1. Una pequeña porción de la lectura de un gel de secuenciación basado en fluorescencia.

5.4

La secuenciacióndel DNA

establece el ordenexacto de los

pares de bases enun segmento de

DNA.

Existen dosaproximacionesbásicas para la

secuenciación quereciben el nombre

de losinvestigadores

que lasdesarrollaron:

Maxam-Gilbert ySanger.

5

Hibridación del ácido nucleico

La información de la secuencia de DNA también es útil, ya que permite la generación de unasonda de hibridación específica para una secuencia concreta. La hibridación del ácidonucleico es una técnica que permite la localización precisa del DNA (Southern blot) o RNA(Northern blot) usando una sonda (figura 5.2). El uso de la hibridación es importante paradistintos propósitos diagnósticos, como veremos más adelante.

Clonación genéticaUn clon es un grupo de genes, células u organismos idénticos derivados de un solo ancestro.La capacidad para clonar genes tiene consecuencias trascendentales para la investigación. Laclonación genética implica aislar un segmento concreto de DNA del organismo huésped ypropagarlo (amplificarlo) en el mismo huésped o en otro huésped distinto para producir copiasidénticas. La clonación también permite el análisis de la secuencia de genes. Esteconocimiento, a su vez, permite deducir la secuencia de proteína que el DNA codifica. Sinembargo, para determinar la estructura tridimensional de la proteína es necesario comparar lasecuencia de aminoácidos de la proteína con la de proteínas mejor caracterizadas. Si lasproteínas muestran un alto grado de similitud en la secuencia (homología), ello sugiere que sonfuncionalmente similares.

X-ray film

Autoradiography is used to detect radioactivesignal on X-ray film

Probe hybridises to immobilisedcomplementary DNA on membrane

DNA fragments are visualised as bands on film

Complementary single-strand probeis radioactively labelled

Single-strand DNA separatedand immobilised on amembrane

TGTGC

ACACGAGCCA

TCGGT

Incubate

TGTGC

ACACG

TCGGT

AGCCA

Figura 5.2. Técnica de hibridación del ácido nucleico.

5.5

DRAF

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5

Procedimiento de clonación básico

Los pasos básicos implicados en la clonación de un gen (figura 5.3) son los siguientes:

1. Se inserta un fragmento de DNA que contenga el gen a clonar en una molécula de DNAcircular denominada vector. La inserción del gen de interés en el vector produce unaquimera o molécula de DNA recombinante.

2. El vector actúa como vehículo para transportar el gen a una célula huésped. En el interiorde la célula huésped, el vector se multiplica y produce numerosas copias idénticas no sólode sí mismo, sino también del gen que transporta.

3. Cuando la célula huésped se divide, las nuevas células contienen copias de la molécula deDNA recombinante, y se dan nuevas replicaciones del vector.

4. Después de un gran número de divisiones celulares, se produce una colonia o clon decélulas huésped idénticas. Cada célula del clon contiene una o más copias de la moléculade DNA recombinante. El gen transportado por la molécula recombinante está ahoraclonado.

Bacteria plated on mediumcontaining antibiotic

Only bacteria containingrecombinant DNA grow

Culture

DNApurification

PlasmidPstI PstI

PstI

PstIPstI

Stickyends

Hybridisationusing DNA ligase

Gene forantibioticresistance

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

RecombinantDNA

Foreign DNA

DNA insertion

Bacterialcell

Bacterialchromosome

Region of interest

Cloning

Clone

Figura 5.3. Procedimiento básico para la clonación genética en un plásmido.

5.6

DRAF

T

5

Plásmidos y bacteriófagos

Habitualmente se usan dos tipos de vectores que se dan naturalmente como vehículos declonación: los plásmidos y los bacteriófagos. Los plásmidos son pequeños círculos de DNA quese encuentran en bacterias y otros organismos. Los plásmidos se replican independientementedel cromosoma de la célula huésped y casi siempre transportan uno o más genes responsablesde una característica útil mostrada por la bacteria huésped, por ejemplo la resistencia aantibióticos. Un gen de resistencia a los antibióticos es útil, ya que puede emplearse comomarcador seleccionable para garantizar que las bacterias en cultivo contienen el plásmidoconcreto. Los pequeños plásmidos pueden usar algunas de las enzimas del huésped parareplicarse, mientras que los mayores a menudo transportan los genes que codifican lasenzimas necesarias para la replicación. Algunos tipos de plásmido se integran en elcromosoma bacteriano, y se llaman episomas.

El tamaño y el número de copias son dos rasgos muy importantes de los plásmidos. Un tamañode <10kb (en referencia al número de bases que forman el material genético del plásmido, eneste caso <10.000) es preferible para la clonación. Los plásmidos más grandes tienden a serinestables y, en su intento por mantener un tamaño estable, pueden rechazar cualquier DNAadicional que se les inserte. El número de copias hace referencia al número de moléculas deun plásmido individual que se encuentran normalmente en una sola célula bacteriana. Esdeseable un alto número de copias para producir grandes cantidades de molécula de DNArecombinante.

Los bacteriófagos o fagos (virus que específicamente infectan bacterias) también son vectoresde clonación adecuados. Constan de una molécula de DNA o a veces RNA que transportavarios genes, incluyendo algunos necesarios para la replicación del fago. El ácido nucleicoestá rodeado de una envoltura proteica denominada cápside. Cuando el fago infecta labacteria, se adhiere al exterior de la bacteria e inyecta su cromosoma de DNA en la célula. ElDNA del fago se replica y las envolturas proteicas son sintetizadas. Se unen nuevas partículasdel fago y son liberadas por lisis de la bacteria. Durante la infección, la molécula de DNA delbacteriófago es inyectada en la célula huésped, donde se replica. M13 y l son dos tipos devector fago habitualmente utilizados.

Los virus se usan ampliamente como vehículos de clonación para células animales. Los virus demamíferos como los adenovirus y el virus símico 40 (SV40) son frecuentes.

Purificar el DNA

El éxito de la clonación requiere que el DNA se haya purificado. Generalmente hay quepurificar por lo menos tres tipos distintos de DNA mediante ingeniería genética. Primero seobtiene el DNA celular total a partir del cual se obtendrá el gen(es) que hay clonar a partir deun cultivo bacteriano o de células animales. Después hay que purificar el DNA puro delplásmido (vector DNA) del DNA cromosómico bacteriano. El DNA purificado del fago tambiénes necesario si hay que utilizar la clonación del fago.

Se dispone de diversos métodos para purificar el DNA celular total de bacterias y otrosorganismos. En todos ellos hay que recolectar primero las células, y después hay que abrirlaspara liberar sus contenidos. El extracto celular se trata para eliminar todos los componentescelulares excepto el DNA. Estos componentes no deseados se denominan contaminantes eincluyen proteínas y RNA. Finalmente, el DNA, que está en solución, se concentra.

La purificación del DNA del plásmido sigue el mismo principio pero implica pasos adicionalespara separar el DNA del plásmido del DNA cromosómico bacteriano. Puede conseguirse

5.7

Habitualmente seusan dos tipos devectores que se

dan naturalmentecomo vehículos de

clonación: losplásmidos y losbacteriófagos.

El éxito de laclonación requiere

que el DNA sehaya purificado.

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T

5

centrifugando la mezcla de los dos DNA a alta velocidad, o mediante filtración de gel ocromatografía de afinidad, que separan los dos tipos de DNA por diferencias de tamaño ycarga iónica, respectivamente.

Construcción de DNA recombinante a partir de DNA purificado

Para producir una molécula de DNA recombinante es necesario cortar tanto el vector como elDNA a clonar en puntos específicos y después unirlos (ligación). Es importante que losextremos encajen, para que puedan ligarse con éxito y que la dirección de la inserción delDNA en el vector sea correcta.

La digestión enzimática del DNA purificado en la clonación se realiza usando enzimasaltamente purificadas llamadas enzimas de restricción. Las endonucleasas de restricción tipo IIcortan en puntos específicos denominados sitios de restricción y son las más útiles en laclonación de genes (figura 5.4). Las enzimas de restricción se aíslan a partir de diversasbacterias, en que su función biológica natural es proteger a las bacterias atacando el DNA devirus y otros DNA extraños. Reconocen secuencias cortas de DNA y cortan las moléculas deDNA en estos sitios de reconocimiento específicos. Algunas enzimas de restricción(denominadas en inglés rare-cutters) cortan el DNA con muy poca frecuencia, y generan unpequeño número de fragmentos muy grandes (de varios miles a millones de pares de bases).Sin embargo, la mayoría de las enzimas de restricción cortan el DNA sobre todo para generar

5'––N N G T T A A C N N––3'

3'––N N C A A T T G N N––5'

5'––N N G T T A A C N N––3'

3'––N N C A A T T G N N––5'

HpaIA

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EcoRi

Cut

Cut

B

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3'––N N G A C G T C N N––5'

5'––N N C T G C A G N N––3'

3'––N N G A C G T C N N––5'

Pst IC

Cut

Figura 5.4. Las secuencias de DNA reconocidas por tres tipos de enzimas de restricción tipo II usadashabitualmente. Estas enzimas de restricción dejan (A) un extremo romo o (B,C) extremos en ese.

un gran número de pequeños fragmentos (desde 100 a 1.000 pares de bases). Las enzimasde restricción individuales tienen sitios de reconocimiento específicos, aunque algunascomparten el mismo. Generalmente, tienen cuatro, seis u ocho bases de longitud. Dado que sehan caracterizado centenares de enzimas de restricción diferentes, el DNA puede cortarse enmuchos pequeños fragmentos con extremos diferentes que pueden usarse para la clonación.

Según el proyecto de clonación que un investigador esté desarrollando, puede ser necesariogenerar fragmentos con un extremo romo, es decir que los dos filamentos están cortadosexactamente en el centro de la secuencia de reconocimiento, o con un corte zigzagueante, es

5.8

Para producir unamolécula de DNArecombinante esnecesario cortartanto el vector

como el DNA aclonar en puntos

específicos ydespués unirlos

(ligación).

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5.9

decir que el corte en la secuencia de reconocimiento hace que un filamento sea ligeramentemás largo que el otro, de manera que sobresalga. El último tipo de reacción de restriccióngenera extremos complementarios. Un rasgo útil de las enzimas de restricción es que diferentessitios de reconocimiento pueden producir los mismos extremos complementarios, de maneraque los fragmentos producidos por digestión enzimática con dos enzimas diferentes puedenunirse.

Para su uso como vectores de clonación, los círculos de DNA de plásmido purificados secortan primero con una endonucleasa de restricción para crear moléculas de DNA lineal. ElDNA celular que se utilizará se corta con la misma endonucleasa de restricción, y losfragmentos resultantes, incluyendo aquellos que contienen el gen a clonar, se añaden a losplásmidos y se templan para formar círculos de DNA recombinante. Estas moléculasrecombinantes se unen covalentemente usando una DNA ligasa.

Transfección

Las moléculas recombinantes se introducen entonces en las células, habitualmente bacterias olevaduras, mediante un proceso denominado transfección (figura 5.3). Las células que hay quetransfeccionar deben tener una membrana más permeable de lo habitual para permitir laabsorción del DNA, lo que se consigue usando procedimientos químicos/físicos específicos.Tales células se describen como competentes. Dado que sólo una fracción muy pequeña decélulas absorberán realmente el DNA, es necesario realizar un procedimiento de selecciónpara identificar aquellas que hayan sido transfeccionadas (transfectantes). Entonces es útil eluso de un marcador seleccionable transportado por el plásmido.

Un marcador seleccionable es un gen que proporciona una nueva característica a una célulatransfeccionada, por ejemplo resistencia a los antibióticos, que no poseen las células no-transfectantes. Sólo las transfectantes podrán crecer en presencia del antibiótico. Se dice queestas células supervivientes contienen una biblioteca de DNA, que es un conjunto aleatorizado(no ordenado) de fragmentos de DNA clonados.

Selección del clon deseado

Sólo algunas de las bacterias supervivientes contendrán el plásmido recombinante con el genque hay que aislar. Existen diversas aproximaciones para identificar los clones de interés enuna biblioteca de DNA. Una forma de hacerlo es presionar un trozo de papel absorbentesobre las placas de cultivo que contienen las colonias de bacterias en crecimiento. Las célulasse adhieren al papel y se usa una sonda de DNA radioactivo con parte de la secuencia delgen que se busca. La sonda radioactiva hibrida con el gen de interés y puede visualizarseexponiendo el papel a una película fotográfica. Este proceso de hibridación es una forma decribado.

Otro método de cribado para controlar la autenticidad de los clones bacterianos es latraducción in vitro. En este procedimiento, el DNA clonado se usa para purificar sus moléculascomplementarias de mRNA a partir de una mezcla de mRNAs celulares mediante un procesollamado selección híbrida. Las proteínas producidas se contrastan con las que se esperabaobtener.

Biblioteca genómica

Una biblioteca genómica es una colección de clones en número suficiente como para que seaposible que contengan cada uno de los genes presentes en el genoma de un organismoconcreto. Las bibliotecas genómicas se preparan purificando el DNA total de la célula,

Las moléculasrecombinantes se

introducenentonces en las

células,habitualmente

bacterias olevaduras,

mediante unproceso

denominadotransfección

Una bibliotecagenómica es una

colección declones en númerosuficiente comopara que seaposible que

contengan cadauno de los genespresentes en elgenoma de un

organismoconcreto.

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cortando el DNA con enzimas de restricción para producir una serie de fragmentos yclonándolos en un vector adecuado. También es posible generar bibliotecas específicas decromosomas, que constan de fragmentos derivados del DNA básico enriquecido para uncromosoma concreto.

Ingeniería genética –rediseñar los genes

Para estudiar la estructura y función de proteínas individuales como las oncoproteínas, esnecesario contar con cantidades suficientes de ellas. Sin embargo, la gran mayoría de lasproteínas de una célula animal, incluyendo las que tienen funciones crucialmente importantes,están presentes en cantidades mínimas, lo que hace difícil o imposible aislar la proteína pura.Una de las contribuciones más importantes de la clonación de DNA y de la ingenieríagenética a la biología celular es que han hecho posible producir cualquier proteína celulardada en grandes cantidades. La ingeniería genética usa la tecnología del DNA recombinantepara clonar el gen para la proteína de interés y lo inserta en una pieza de DNA especialaltamente replicativa llamada vector de expresión, que produce grandes cantidades deproteína.

La ingeniería genética tiene implicaciones terapéuticas importantes. Por ejemplo, clonar todoslos genes para una vía biosintética concreta y sobreexpresarlos es una forma de aumentar losniveles de un componente intracelular concreto. También es posible interrumpir una vía deforma que no se produzcan ciertos productos. Es importante observar que la ingenieríagenética no está limitada a las proteínas, sino que puede proporcionar sobreexpresión decualquier gen clonado.

Además, la ingeniería genética facilita el diseño de proteínas de cualquier secuencia deseada.Por ejemplo, los avances recientes en ingeniería genética han proporcionado fuentes nohumanas de anticuerpos humanos como Herceptin® y MAbThera®. Humanizar anticuerposmonoclonales de ratón (AM) implica usar la reacción en cadena de la polimerasa transcriptasainversa (RT-PCR, véase página 5.15) para clonar las regiones variables o hipervariables delanticuerpo a partir del mRNA de un hibridoma, derivado por ejemplo de ratón, y fusionarlocon regiones constantes humanas. Por consiguiente, más del 90% de la secuencia deaminoácidos del AM humanizado es idéntica a la de una proteína humana. De esta forma seevita la neutralización por el sistema inmunitario humano. Además, usando esta aproximaciónpueden generarse anticuerpos con funciones efectoras específicas seleccionando la región decadena pesada adecuada como vector de clonación. Los clones resultantes pueden expresarseen cultivo celular para producir grandes cantidades del anticuerpo modificado. A continuaciónse presentan los fundamentos del cultivo de células animales y de la introducción de genesrecombinantes en células animales.

Cultivo de células animalesEn las condiciones adecuadas, la mayoría de tipos de células animales vivirán, se dividirán yexpresarán propiedades diferenciadas en una placa de cultivo de tejidos. Este tipo de cultivosse denomina in vitro. En este entorno artificial es posible observar las células al microscopio oanalizarlas bioquímicamente cuando se añaden o extraen distintas moléculas específicas comohormonas o factores de crecimiento. También es posible examinar las interacciones entre untipo celular y otro. Un uso muy importante del cultivo celular es como vehículo para producirgrandes cantidades de un tipo específico de célula que puede contener un gen obtenido poringeniería genética. Como se verá en el módulo 6, las células en cultivo también se están

5.10

. . . los avancesrecientes eningeniería

genética hanproporcionado

fuentes nohumanas deanticuerpos

humanos comoHerceptin® yMAbThera®.

Un uso muyimportante del

cultivo celular escomo vehículopara producir

grandescantidades de

un tipo específicode célula que

puede contener ungen obtenido por

ingenieríagenética.

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5.11

explorando en terapias basadas en células como vacunas para el cáncer, para estimular unarespuesta inmunológica frente a un tumor.

Las células se cultivan en un vaso de cultivo, como una placa o un frasco de cultivo, en unlíquido nutriente denominado medio. Un componente esencial del medio es el suero, ya quecontiene factores de crecimiento, hormonas esteroides y otros factores esenciales para elcrecimiento y la proliferación. Las células de un cultivo crecen adheridas al fondo de la placacomo una sola capa de células (monocapa), con el medio cubriéndolas. Para un crecimiento yproliferación normales, es esencial que las células estén ancladas. El medio se cambia aintervalos adecuados para garantizar que las células no mueren por privación de alimento opor intoxicación por los productos de desecho de su metabolismo. Cuando las células se handividido y han cubierto toda la superficie disponible en la placa de cultivo para formar uncultivo confluyente, dejan de dividirse. Entonces puede dividirse el cultivo celular confluyentepara producir nuevos cultivos que seguirán creciendo y proliferando.

Los cultivos preparados a partir de tejidos de un organismo se denominan cultivos primarios.Estos cultivos tienen una vida finita y deben sufrir un proceso denominado transformación, queconduce a la formación de lo que se conoce como línea celular. Las líneas celulares puedenprepararse a partir de células cancerosas, pero son distintas de las preparadas a partir decélulas normales. Por ejemplo, a menudo crecen sin adherirse a una superficie y puedenproliferar hasta alcanzar una densidad considerablemente superior en una placa de cultivo.Propiedades similares pueden ser inducidas experimentalmente en células normalestransformándolas con un virus o una sustancia química inductores de tumores. Esto da lugar auna línea celular transformada, como la línea celular de ovario de hámster chino (CHO) o lade riñón de cría de hámster (BHK). Las líneas celulares pueden dividirse normalmente y crecerindefinidamente, y son útiles para producir anticuerpos monoclonales y estudiar la actividad degenes específicos, entre muchas otras aplicaciones.

TransfecciónComo ya hemos mencionado anteriormente, la transfección es la técnica usada para introduciren las células moléculas extrañas, como DNA. Es una herramienta eficaz para el estudio ycontrol de la expresión del gen y la proteína. Las células pueden transfeccionarse paraexpresar un gen durante poco tiempo (transfección temporal) o de forma permanente(transfección estable). Diferentes genes pueden cotransfeccionarse (transfeccionarse juntos), demanera que sea posible examinar la interacción entre ellos. Este sistema proporciona unentorno artificial en que examinar la interacción entre genes.

Aislando una sola célula animal, que puede contener un gen recombinante (por ingenieríagenética) y permitiéndole proliferar para formar una gran colonia, es posible formar un clon,compuesto por células genéticamente idénticas. También es posible fusionar dos células paraformar una célula combinada con dos núcleos separados, que eventualmente se fusionará paracrear una célula híbrida con un núcleo.

Aplicación de las nuevas tecnologías en el entorno oncológico

Todas las enfermedades tienen un componente genético, bien sea heredado o resultado de larespuesta del cuerpo al estress medioambiental. Por lo tanto, en la valoración de pacientes concáncer, las pruebas para detectar oncogenes o las proteínas que producen (oncoproteínas) esuna información valiosa para examinar los parámetros físicos, como tamaño del tumorprimario, estadio de la enfermedad en el diagnóstico y grado de afectación linfática. Las

. . . la transfecciónes la técnicausada para

introducir en lascélulas moléculasextrañas, como

DNA.

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pruebas para factores implicados en la patogénesis del cáncer se realizan generalmente contejido tumoral o suero. Por ejemplo, marcadores tumorales como el CA-125 y el CA 15-3 sonmoléculas que pueden usarse para ayudar a establecer un diagnóstico o monitorizar la terapiapara el cáncer ovárico y de mama, respectivamente. Los marcadores tumorales a menudo sonliberados al torrente circulatorio por ciertos tipos de tumor y por lo tanto se miden en el suero.

El valor clínico de los marcadores biológicos se ha investigado durante muchos años. Está bienestablecido, por ejemplo, el rol del status del receptor de estrógenos (ER) y del receptor deprogesterona (PgR) a la hora de evaluar el pronóstico y la respuesta a la terapia en el cáncerde mama, del antígeno prostático específico (PSA) para monitorizar el cáncer de próstata y delcromosoma Filadelfia como marcador específico de la leucemia mieloide crónica.Recientemente el valor de marcadores como el HER2 se ha convertido en el centro de unainvestigación intensiva. De hecho, como se trata en el módulo 6, la amplificación de HER2 esla primera anormalidad asociada a tumor que se reconoce tiene un rol en la patogénesis ypronóstico del cáncer y que puede usarse con éxito como una diana para el tratamiento. Elloindica la importancia cada vez mayor de poder realizar pruebas con precisión buscandoanormalidades asociadas a tumores para optimizar los cuidados al paciente.

Un patólogo emplea varias técnicas especializadas para detectar factores asociados con elcáncer. Estas pruebas diagnósticas generalmente implican el análisis del gen relevante (DNA oRNA) o de la proteína producida por el DNA.

Los anticuerpos como herramientas para la biología molecular y labioquímicaLa precisa especificidad al antígeno de los anticuerpos los convierte en herramientas eficacesen la investigación; distintas pruebas y aproximaciones emplean anticuerpos. Marcados concolorantes fluorescentes, son inestimables a la hora de localizar moléculas específicas encélulas por microscopio fluorescente. También pueden usarse para detectar y cuantificarmoléculas en extractos celulares e identificar proteínas específicas después de haber sidoseparados por electroforesis en geles de poliacrilamida.

La sensibilidad de los anticuerpos como sondas para detectar moléculas específicas en célulasy tejidos a menudo se ve realzada por métodos de amplificación de señal. Es unprocedimiento en que se usan dos anticuerpos para detectar un antígeno. El anticuerpoprimario se une al antígeno. En lugar de unir un marcador como un colorante fluorescente alanticuerpo primario para demostrar la presencia del antígeno, se usa un anticuerpo secundariocon una molécula marcador que reconoce y se une al anticuerpo primario. Se dispone devarios sistemas usando diferentes tipos de molécula marcador. Por ejemplo, una enzima puedeusarse como molécula marcador. Se trata de un sistema muy sensible que permite detectarincluso minúsculas cantidades de antígeno.

InmunohistoquímicaComo su nombre sugiere, la inmunohistoquímica (IHC) es una técnica que implica anticuerpos,tejidos y química. Esta aproximación puede usarse para analizar el nivel de expresión deproteínas en el interior de un tejido.

La IHC es un procedimiento relativamente simple que usa diversos reactivos y fijadoreshabituales y que puede realizarse en tejidos frescos, congelados o de archivo. Esta técnica usaun anticuerpo específico para un antígeno concreto, por ejemplo HER2. Se ha producido ungran número de anticuerpos obtenidos de ratones para pruebas de IHC, con el objetivo de

5.12

La precisaespecificidad alantígeno de losanticuerpos los

convierte enherramientaseficaces en lainvestigación;

distintas pruebasy aproximaciones

empleananticuerpos.

. . . laamplificación de

HER2 es laprimera

anormalidadasociada a tumorque se reconocetiene un rol en la

patogénesis ypronóstico delcáncer y que

puede usarse conéxito como unadiana para eltratamiento.

La IHC es unprocedimientorelativamente

simple que usadiversos reactivos

y fijadoreshabituales y quepuede realizarseen tejidos frescos,congelados o de

archivo.

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IHC Images courtesy of MJ Kornstein, MD, Medical College of Virginia

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2+

1+

3+

Figura 5.5. Ejemplos de tinción de membrana celular para detectar HER2 usando IHC y valoraciónasignada.

5.13

identificar el anticuerpo que discrimine de forma más precisa entre pacientes que tienen o noun antígeno concreto. El anticuerpo se marca con un marcador por lo general fluorescente,radioactivo o con una enzima como la peroxidasa. En el último caso, la sección de tejido, quegeneralmente se introduce en parafina, se incuba con el anticuerpo relevante marcado conperoxidasa. El anticuerpo específico localiza y se une al antígeno en la sección tumoral. Lamuestra reacciona con una sustancia química (diaminobenzidina [DAB]) en presencia deperoxidasa de hidrógeno para obtener un depósito opaco que puede visualizarse almicroscopio (método DAB). Si no, puede emplearse el método peroxidasa-antiperoxidasa(PAP). El resultado final es una sección de tejido que muestra células teñidas y no teñidas.

La interpretación de las laminillas teñidas por IHC es a menudo cualitativa, según el porcentajede células coloreadas positivamente para el antígeno diana y la intensidad de la tinción, ypuede estar sujeta a diferencias entre observadores. Por ejemplo, una prueba usada confrecuencia para la sobreexpresión de HER2 en el cáncer de mama (DAKO HercepTest®) usaun sistema de valoración 0-3+ en que 0 y 1+ definen secciones que son básicamente noteñidas o con un pequeño porcentaje de células débilmente teñidas, y 3+ corresponde a unafuerte tinción de la mayoría de las células (figura 5.5). Sin embargo, la valoración desecciones como 2+ difiere entre patólogos y laboratorios debido a la naturaleza subjetiva deeste sistema.

Los sistemas de obtención de imágenes celulares automatizados (ACIS) son muy recientes enlas tecnologías disponibles para las pruebas para el cáncer, y están diseñados para eliminarlos errores asociados con la interpretación manual de la tinción. El ACIS combina softwarepara imágenes en color con tecnología microscópica robótica automatizada, y se ha reseñadoque es una aproximación más precisa que la valoración cualitativa.

ELISAUna técnica que implica un ensayo inmunosorbente con enzima ligado (ELISA) es útil parahomogenados tisulares (àground-up tissue) y suero. Al igual que la IHC, este método dedetección emplea anticuerpos y una enzima cuantificable para detectar proteínas. La ventaja

La ventaja deELISA es que amenudo pueden

examinarsemuestras desangre y no

muestrastumorales.

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5.14

de ELISA es que a menudo pueden examinarse muestras de sangre y no muestras tumorales.Sin embargo, la relación entre los niveles séricos de marcadores específicos para tumorescomo el HER2 y los niveles en células tumorales es actualmente controvertida. Parece posibleque exista una relación más estrecha entre niveles séricos y carga tumoral que entre nivelesséricos y expresión tumoral de un marcador. Actualmente las pruebas ELISA son útiles paramedir los niveles de marcadores como el PSA, que se utilizan para monitorizar el curso de laenfermedad, más que para identificar tumores que expresan altos niveles de un marcador.

Hibridación in-situLa hibridación in-situ (ISH) es una técnica usada para detectar secuencias específicas de ácidonucleico en tejidos, células o cromosomas aislados a partir de células. El ensayo se haceespecífico usando sondas de ácido nucleico que tienen secuencias únicas de nucleótidos parapermitirles unirse (hibridar) específicamente con secuencias complementarias de nucleótidos enel DNA o RNA de las muestras. La sonda contiene un marcador que puede usarse paralocalizar la presencia del ácido nucleico diana. La localización por ISH se consigue confrecuencia usando marcadores fluorescentes (hibridación in-situ por fluorescencia [FISH]) y unmicroscopio fluorescente, o con marcadores cromogénicos (que producen colores, es lahibridación in-situ cromogénica [CISH]) y un microscopio de campo brillante. Los resultados dela ISH pueden usarse para determinar la presencia o ausencia de un gen, la amplificación deun gen, o las reordenaciones cromosómicas (translocación). Así pues, es una técnica muyvaliosa en el diagnóstico de genes implicados en el cáncer (oncogenes).

FISH

La FISH usa un marcador fluorescente adherido a una sonda que hibrida (se une) al genapropiado. Se utiliza un microscopio fluorescente para identificar la localización del gen ypara cuantificar el número de copias existentes. Si se usan a la vez diferentes marcadoresfluorescentes coloreados y dos o más sondas pueden distinguirse distintas señales dehibridación en base a sus colores distintivos. Esta técnica resulta útil para comparar losnúmeros de las distintas dianas en una célula, por ejemplo el número de genes y el número decromosomas que contiene el gen. Aproximadamente el 20% de los cánceres de mama, porejemplo, presentan múltiples copias del gen HER2 (amplificación) (figura 5.6). Sin embargo, en

Figura 5.6. Pruebas para detectar amplificación genética usando FISH.

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5.15

otros cánceres de mama las células contienen múltiples copias del cromosoma 17(aneuploidía), donde se encuentra el gen HER2, y cada cromosoma tiene una copia del gen.Los efectos fisiológicos de la amplificación y la aneuploidía parecen ser distintos y estos rasgosnecesitan ser diferenciados. Por lo tanto, se usan sondas con marcadores fluorescentes verdesy rojos, que permiten estimar la ratio de genes HER2 en el cromosoma 17 e identificar laamplificación del gen HER2. La FISH también tiene aplicaciones en la detección de anormalidadescromosómicas en una variedad de tipos de neoplasias hematológicas y tumores sólidos, conmarcadores detectados que incluyen el cromosoma Filadelfia y la fusión bcr-abl en la leucemia.

La FISH es generalmente una técnica específica y sensible que puede identificar de formaprecisa y fiable tumores con anormalidades genéticas particulares. La interpretación de losresultados es objetiva y cuantitativa, pero requiere el uso de un equipo especial que actualmenteno está ampliamente disponible en los laboratorios de patología, lo que limita su uso.

Reacción en cadena de la polimerasa La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es un proceso que usa una enzima polimerasaespecializada para sintetizar una hebra complementaria de una hebra dada de DNA en unamezcla que contiene las cuatro bases del DNA y dos fragmentos de DNA denominadosprímeros. La PCR copia una pieza específica de DNA repetidas veces usando una enzimallamada DNA polimerasa. Este proceso da lugar a la amplificación selectiva de una regiónescogida de una molécula de DNA.

Generalmente el DNA obtenido de una célula se mezcla con piezas cortas (de unas 20 bases)de DNA denominadas prímeros, cuyas secuencias de DNA son contiguas a la secuenciadiana. Los prímeros hibridan con el DNA deseado en la mezcla para permitir a la enzimasintetizar el segmento de DNA de interés. La enzima DNA polimerasa usada en este procesoes habitualmente la enzima DNA polimerasa I obtenida de una bacteria que vive en fuentestermales, la polimerasa Taq. Dado su origen esta enzima actúa a temperaturas elevadas. Lamezcla de PCR se calienta para separar los filamentos del DNA de doble hebra que contienenla secuencia diana. Entonces se enfría para que los prímeros puedan encontrar sus secuenciascomplementarias en las hebras separadas y unirse a ellas, y para que la polimerasa puedaextender los prímeros en las nuevas hebras complementarias (figura 5.7). Se repiten los ciclosde calor y frío, lo que multiplica el DNA diana exponencialmente, ya que cada nueva doblehebra se separa y se convierte en dos plantillas para nuevas síntesis. En aproximadamente unahora, 20 ciclos de PCR pueden amplificar la diana un millón de veces. Al final de la PCR eshabitual analizar los productos de la PCR mediante electroforesis en gel agarosa y por tincióndel DNA producido. Si no, el producto de la PCR puede ligarse a un vector plásmido obacteriófago para clonación y evaluarse más tarde.

Un rasgo importante de la PCR es su extremada sensibilidad. Si los prímeros son óptimos, laPCR puede detectar cantidades mínimas del DNA diana. Este rasgo hace de la PCR unatécnica extemadamente útil en los diagnósticos. La PCR también puede usarse para amplificarRNA si éste se convierte primero en cDNA de una sola hebra usando la enzima transcriptasainversa. Este procedimiento se denomina PCR transcriptasa inversa (RT-PCR). Una aplicaciónprincipal de la RT-PCR es el análisis de los niveles de expresión genética.

Genómica funcional

Hasta hace relativamente poco, los estudios de función genética se realizaban a pequeñaescala o bien en un contexto limitado. Por ejemplo, cada vez se exploraba un solo gen o vía.

La FISH esgeneralmente unatécnica específica

y sensible quepuede identificarde forma precisay fiable tumores

conanormalidades

genéticasparticulares.

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. . . genómicafuncional. Se tratadel estudio de laobtención de unaimagen global de

la función delgenoma,

incluyendo losperfiles de

expresión a nivelde mRNA y de

proteínas.

Firs

t cy

cle

Sec

ond

cyc

leReaction mixture contains targetDNA sequence to be amplified,two primers (P1, P2) andheat-stable Taq polymerase

Second synthesis cycleresults in four copies oftarget DNA sequence

Further cycles

First synthesis cycle resultsin two copies oftarget DNA sequence

When heated to 72˚. Taqpolymerase producescomplementary strandsfrom primers

Reaction mixture is heatedto 95˚C to denature targetDNA. Subsequent coolingto 37˚C allows primers tohybridise to complementarysequences in target DNA

DenatureDNA

Hybridiseprimers

Extendnew DNAstrands

Target DNA

TaqP1 P2

Figura 5.7. Visión general del proceso de la PCR.

Con los significativos avances en investigación e instrumentación, el método de estudio de lafunción genética ha evolucionado rápidamente a lo que se denomina genómica funcional. Setrata del estudio de la obtención de una imagen global de la función del genoma, incluyendolos perfiles de expresión a nivel de mRNA y de proteínas. La genómica funcional requiere unconocimiento de la genómica estructural, de la ordenación (mapeo) y secuenciación de losgenes. Comprender cómo funcionan los genes también requiere analizar las estructurastridimensionales de las proteínas que los genes codifican (figura 5.8).

El objetivo global de la genómica funcional es que las nuevas tecnologías traten el estudio dela expresión genética a gran escala y con un alto rendimiento. Debería proporcionar a losbiólogos una comprensión nueva y exhaustiva de sistemas complejos y estrechar la distanciaentre secuencia y función. Los datos sobre la secuencia del DNA se acumulan a una velocidadincreíble y el objetivo es proporcionar una secuencia precisa del genoma humano completo enel año 2002.

Como veremos en el módulo 7, se espera que la proteómica siga el camino de la genómicafuncional. El término proteoma hace referencia al grupo completo de proteínas expresado porel genoma y modificado después. Estudiando las proteínas a escala global, los biólogos

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5.17

esperan revelar más acerca de la causa básica de muchos trastornos y terapias potenciales,que no descifrando los pares de bases de los genes.

El Proyecto Genoma HumanoEl Proyecto Genoma Humano (PGH, antes HuGO) representa un esfuerzo internacional de 13años que se inició en 1990 para identificar todos los genes humanos. Un objetivo principal delPGH es realizar una serie de diagramas (mapas) ordenados de cada cromosoma humano enresoluciones cada vez mayores. El primer estadio del proyecto se ha completado y se estállevando a cabo el siguiente paso, determinar la secuencia de bases de cada uno de losfragmentos ordenados de DNA. Basándose en el esbozo de trabajo de la secuencia de basesse sabe ya que el genoma contiene 30.000–35.000 genes. Este esfuerzo será una gran fuentede información para el desarrollo de herramientas para su uso en el estudio de la biología y lamedicina humanas. Se están desarrollando estudios paralelos con organismos modelosseleccionados como la bacteria E. coli, para proporcionar la información comparativanecesaria para comprender el funcionamiento del genoma humano. Este proceso se denominagenómica comparativa.

Se espera que la información generada por el PGH se convierta en libro de referencia para laciencia biomédica en el siglo XXI y que sea de inmenso beneficio para el campo de lamedicina. Dado que manejar esta cantidad de datos requerirá el uso frecuente deordenadores, el desarrollo de bases de datos es uno de los principales objetivos del PGH.

BioinformáticaBioinformática es el nombre que han recibido los procesos empleados para procesar einterpretar los datos sobre genes y proteínas, como los que surgen del PGH. A medida que sesecuencian más y más genes, cada vez se ve más claro que descifrar la información de estassecuencias es un reto enorme.

Los últimos avances en genómica han proporcionado la oportunidad de expandir el ámbito defármacos diana antineoplásicos potenciales. La farmacogenómica usa técnicas genéticas agran escala para conseguir el desarrollo de fármacos. Se usan varios métodos para investigarel genoma humano y poder identificar conexiones entre las variaciones genéticas y la eficaciay seguridad de los fármacos. Se espera que este enfoque descubra nuevas dianas terapéuticaspara la terapia biológica en oncología.

El ProyectoGenoma Humano

(PGH, antesHuGO) representa

un esfuerzointernacional de13 años que seinició en 1990para identificartodos los genes

humanos.

Bioinformática esel nombre que

han recibido losprocesos

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interpretar losdatos sobre genesy proteínas, como

los que surgendel PGH.

EstructuraFunción

Gen Proteína

Figura 5.8. Comprensión de la función genética.

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Resumen: aplicaciones de este conocimiento

El conocimiento del funcionamiento y los mecanismos de interacción entre distintas moléculasen una célula permite a los investigadores desarrollar terapias para las enfermedades ytrastornos en que los procesos celulares funcionan incorrectamente. Diversos avancestecnológicos importantes han hecho posible el desarrollo de terapias biológicas para elcáncer. De ellos, una estrategia llamada tecnología del DNA recombinante ha revolucionadola forma en que los investigadores estudian las células y sus procesos biológicos. La tecnologíadel DNA recombinante consta de un grupo de técnicas que permiten el examen y, sobre todo,la manipulación de la estructura y función del DNA celular. La clonación genética es la piedraangular de esta tecnología. Este procedimiento usa un vector para amplificar el DNA diana enel interior de las células huésped, como bacterias, virus y levaduras. Plásmidos y virus sonvectores frecuentes. Después de su introducción en las células huésped adecuadas, losfragmentos de DNA pueden reproducirse junto con el DNA de la célula huésped. La ingenieríagenética implica la clonación del gen para la proteína de interés y su inserción en unfragmento especial altamente replicativo de DNA denominado vector de expresión, queproduce grandes cantidades de proteína o de cualquier otra molécula. Esta aproximación esútil para producir nuevas proteínas, como anticuerpos monoclonales humanizados.

Las células pueden cultivarse y manipularse en un entorno artificial en una técnica llamadacultivo celular. El DNA recombinante puede introducirse en las células en un procesodenominado transfección, que permite la producción de una molécula concreta en grandescantidades.

Las pruebas diagnósticas de los cambios genéticos subyacentes al cáncer también hanexperimentado avances tecnológicos significativos. Se dispone de distintas aproximacionespara examinar las aberraciones en genes o proteínas usando tejido tumoral o suero. Lospatólogos emplean distintas técnicas especializadas para detectar los factores asociados conel cáncer. Estas pruebas diagnósticas generalmente implican el análisis del gen relevante (DNAo RNA) o de la proteína producida por el DNA. Por ejemplo, en el caso del HER2, es posibleexaminar el número de copias del gen HER2 (amplificación) o la sobreproducción de laproteína HER2 (sobreexpresión). Los tipos principales de pruebas que se usan actualmente sonla IHC y la FISH. La PCR es otra herramienta diagnóstica útil.

Con los significativos avances producidos en investigación e instrumentación, el método deestudio de la función genética ha evolucionado rápidamente a lo que se llama genómicafuncional, el estudio para obtener una imagen global de la función del genoma, incluyendo losperfiles de expresión a nivel de mRNA y de proteínas. La genómica funcional requiere elconocimiento de la genómica estructural, la ordenación (mapeo) y secuenciación de los genes.El objetivo de la genómica funcional es que las nuevas tecnologías puedan aplicarse al estudiode la expresión genética a gran escala y con un alto rendimiento.

El PGH es un proyecto internacional con el objetivo último de localizar todos los genes en lassecuencias de DNA, y desarrollar herramientas para usar esta información en el estudio de labiología y la medicina humanas. Este proyecto genera cantidades masivas de datos. Labioinformática es el nombre que han recibido los procesos empleados para procesar einterpretar los datos sobre genes y proteínas, como los que surgen del PGH.

La investigación sobre biología molecular y genética cada vez es más importante para eldiagnóstico y tratamiento de las enfermedades humanas. Si los pacientes deben beneficiarsedel conocimiento que proporcionan estas tecnologías, es importante para las personas que

. . . una estrategiallamada

tecnología delDNA

recombinante harevolucionado laforma en que losinvestigadoresestudian lascélulas y sus

procesosbiológicos.

DRAF

T

5

5.19

cuidan de ellos incorporar la medicina genética en la práctica clínica, tanto como cualquierotro aspecto de la medicina. El rápido progreso en el desarrollo de terapias biológicas,resultado directo de nuestra mayor comprensión de la biología molecular de células normales ycancerosas, significa que el manejo del paciente usando estas terapias será cada vez másimportante. El interés público en los avances genéticos y la explosión de informaciónproporcionada por el PGH convertirán a los médicos y enfermeras de cuidados primarios enpilares básicos para la transmisión de estos descubrimientos a los pacientes.

El interés públicoen los avancesgenéticos y laexplosión deinformación

proporcionadapor el PGH

convertirán a losmédicos y

enfermeras decuidados

primarios enpilares básicos

para latransmisión de

estosdescubrimientos a

los pacientes.

DRAF

T

5


1. Varias enzimas y tecnologías se utilizan para analizar y manipular el DNA. De la listasiguiente, escoja la enzima o técnica más apropiada que realiza las siguientes acciones:

Secuenciación de DNA Electroforesis en gelLigasa Hibridación de ácido nucleicoPolimerasa Enzima de restricción Transcriptasa inversa

Sintetiza el DNA

………………………………………………………………………………….............................

Elabora DNA complementario (cDNA) a partir de RNA mensajero (mRNA)

.…………………………………………………………………………………............................

Corta el DNA en fragmentos para analizarlos

.…………………………………………………………………………………............................

Une los fragmentos de DNA

………………………………………………………………………………….............................

Separa los fragmentos de DNA según su tamaño

………………………………………………………………………………….............................

Establece el orden exacto de pares de bases en un fragmento de DNA

………………………………………………………………………………….............................

Permite la localización precisa de DNA o RNA usando una sonda

………………………………………………………………………………….............................


3. A veces se clonan muchos fragmentos a la vez para formar una biblioteca de clones.¿Cómo puede identificarse el clon con el fragmento insertado de DNA de interés?




EstructuraFunción

Gen Proteína

Módulo 6. Las terapias biológicas explicadas

DRAF

T

6Las terapias biológicas explicadas

Introducción

Los módulos anteriores nos han permitido comprender cómo se desarrolla el cáncer y cómo elsistema inmunitario se enfrenta a los retos. También se han descrito los avances tecnológicosque han permitido explotar esta comprensión para propósitos de investigación. Estos son losavances que han permitido reconocer el gran potencial terapéutico de las aproximacionesbiológicas. Este módulo describe los varios tipos de agentes biológicos que se han investigadocomo terapias oncológicas. Son:

● citocinas

● anticuerpos

● terapia genética

● vacunas.

Algunos agentes biológicos representativos (factor estimulador de colonias de granulocitos[G-CSF, filgrastim], interleucina-2 recombinante [IL-2] y Herceptin®) se consideran con detalle.Estos agentes se usan para ilustrar las diferencias entre los agentes no específicos que se hanutilizado largo tiempo como terapias oncológicas de soporte, por ejemplo el filgrastim, y losagentes direccionados a tumores que están revolucionando el tratamiento del cáncer, comoHerceptin®.

6.1

DRAF

T

6




Terapia Resultados




Terapia genética

Terapia celular







G. Aumentar la actividad de células T, células natural killer y macrófagos, favoreciendo laeliminación de células cancerosas.







6.2

DRAF

T

6

¿Por qué usar terapias biológicas para tratar el cáncer?

Diversas modalidades terapéuticas pueden ser eficaces para el tratamiento del cáncer, comovimos en el módulo 1. Sin embargo, a menudo son invasivas, como la cirugía, o estánasociadas con una toxicidad significativa, como la quimioterapia y la radioterapia. Además,los beneficios clínicos de estas terapias están cerca de sus límites. Por lo tanto se necesitannuevas modalidades terapéuticas que puedan proporcionar beneficios clínicos adicionales conuna toxicidad similar o menor. Se han investigado una variedad de compuestos incluyendosustancias derivadas de animales y plantas que han producido fármacos como el paclitaxel(derivado del tejo), pero las terapias biológicas son especialmente atractivas porque:

● los mecanismos de defensa naturales del cuerpo producen respuestas específicas frente aretos específicos, por ejemplo la respuesta de los anticuerpos frente a la presentación de unantígeno

● usar terapias basadas en moléculas ya existentes en el cuerpo evita los problemas con lasreacciones frente a entidades extrañas.

Las terapias biológicas han sido tema de una intensa investigación en los últimos 20 años, loque ha dado lugar al desarrollo de una variedad de aproximaciones, algunas de las cuales yaestán disponibles para uso clínico.

Tipos de terapia biológica

El término ‘terapia biológica’ se usa para describir una variedad de compuestos que se handesarrollado: citocinas y anticuerpos; moléculas diseñadas por ingeniería genética; ycomponentes celulares del sistema inmunitario. Todos ellos explotan la capacidad del sistemainmunitario humano para hacer diana en procesos celulares específicos, pero forman un grupodiverso de estrategias terapéuticas que pueden clasificarse como:

● terapias con citocinas

● terapias basadas en anticuerpos

● vacunas para el cáncer

● terapia genética

● terapia celular.

El objetivo de muchas terapias biológicas es promover la propia capacidad del paciente paradestruir células cancerosas, como vimos en el módulo 4. Los materiales elaborados por elcuerpo o en laboratorio se utilizan para estimular, dirigir o restablecer las defensas naturalesdel cuerpo frente a la enfermedad. Otros agentes biológicos son compuestos basados enmoléculas que se dan de forma natural, como los anticuerpos. Estos agentes puedenpersonalizarse para ser direccionados a anormalidades específicas en las células cancerosas,alterando o eliminando su función y afectando la supervivencia celular. Nos referimos a estasterapias como inmunoterapias.

Las terapias biológicas pueden usarse para:

● eliminar células cancerosas

● interrumpir o controlar los procesos que permiten el crecimiento del cáncer

● alterar los patrones de crecimiento de las células cancerosas

6.3

. . . se necesitannuevas

modalidadesterapéuticas que

puedanproporcionar

beneficios clínicosadicionales conuna toxicidad

similar o menor.

Estos agentespueden

personalizarsepara ser

direccionados aanormalidades

específicas en lascélulas

cancerosas,alterando o

eliminando sufunción y

afectando lasupervivencia

celular.

DRAF

T

6

● bloquear los procesos que conllevan la formación de una célula cancerosa a partir de unacélula normal

● intensificar la capacidad del cuerpo para reparar o sustituir células normales dañadas odestruidas por quimioterapia o radiación

● evitar la diseminación del cáncer

● aumentar la susceptibilidad de las células cancerosas a la destrucción por el sistemainmunitario

● aumentar la actividad de células T, células natural killer y macrófagos, promoviendo laeliminación de células cancerosas.

Las distintas clases de terapia biológica se describen con detalle a continuación.

Terapia con citocinasLas citocinas son proteínas sintetizadas y liberadas por una célula e interactúan con receptoresde otras células, generalmente regulando la respuesta inmunológica. Los estudios in vitro handemostrado que las citocinas son responsables de la función normal de diversos procesosfisiológicos que son parte o resultado de las reacciones inmunológicas, como:

● fiebre

● hematopoyesis

● desarrollo normal de células T y B

● generación de niveles normales de IgE

● susceptibilidad a la inflamación articular

● quimiotaxis, es decir, atraer las células de un cierto tipo a una localización concreta.

Debido a la amplia implicación de las citocinas en la regulación de procesos clínicamenterelevantes, se ha centrado mucha investigación en su potencial clínico. Esta investigación hasido posible por la tecnología del DNA recombinante (véase módulo 5), que ha permitidosintetizar citocinas en laboratorio.

Algunas de las citocinas que se han investigado para su potencial terapéutico en oncología semuestran en la tabla 6.1. Los efectos de las diversas citocinas de la tabla 6.1 son complejos.Son liberadas por muchos tipos de célula distintos, tienen efectos en múltiples procesoscelulares y las interacciones entre citocinas modifican estos efectos (figura 6.1).

Los efectos no son específicos para las células o factores implicados en la respuesta a un retoconcreto, como un tumor. Sin embargo, la liberación de citocinas habitualmente se limita aciertos lugares, donde estimulan una respuesta local. Por lo tanto, la administración sistémicaproduce la respuesta deseada y también respuestas no deseadas que se manifiestan comoefectos secundarios debida a estimulación y/o inhibición no selectivas.

Las citocinas como terapia de soporte

Muchas citocinas se usan como terapias de soporte que disminuyen la gravedad o incidenciade la toxicidad relacionada con quimioterapia y permiten administrar quimioterapia a dosisóptimas según el esquema más eficaz. En esta situación, la terapia con citocinas se usa paraestimular una recuperación más rápida de las poblaciones celulares, por ejemplo neutrófilos,que son dañados por los efectos de la quimioterapia sobre todas las células en división activa.Este efecto es valioso, ya que muchos agentes citotóxicos, como los taxanos y la vinorelbina,

6.4

. . . las citocinasson responsables

de la funciónnormal de

diversos procesosfisiológicos que

son parte oresultado de las

reaccionesinmunológicas . . .

Muchas citocinasse usan comoterapias desoporte que

disminuyen lagravedad o

incidencia de latoxicidad

relacionada conquimioterapia y

permitenadministrar

quimioterapia adosis óptimas . . .

DRAF

T

6

6.5

Tabla 6.1. Citocinas con usos terapéuticos en oncología.

Citocina Actividad Usos en terapia oncológica

Interleucina-1 (IL-1) Mediador clave de la inflamación Prevención de trombocitopenia inducida por quimioterapiaActividad directa cuando se inyecta en tumores

Interleucina-2 (IL-2) Inducción de la proliferación de Tratamiento de melanoma maligno y cáncer de células T células renales

Expansión ex - vivo de células agresoras y células T infiltradoras de tumores

Interleucina-4 (IL-4) Activador del crecimiento de Posibles efectos antitumorales directos vía células B apoptosis

Investigada como terapia genética para tumores del sistema nervioso central (SNC)

Interleucina-12 (IL-12) Promoción de células T citotóxicas y Investigada para su actividad contra carcinomaproliferación de células natural killer de células renales y melanoma

Interferon-α Estimula la función inmunológica Usado para tratar cáncer de riñón, melanoma, tumores carcinoides y algunos tipos de linfoma

Factor estimulador de Estimula la producción de neutrófilos Prevención de infecciones asociadas a colonias de granulocitos y y macrófagos quimioterapiamacrófagos (GM-CSF) Permite aumentar la intensidad de la dosis de (sargramostim) quimioterapia

Disminuye la gravedad de la infección en pacientes con neutropeniaTratamiento de la neutropenia febril

Factor estimulador de Estimula el desarrollo de neutrófilos Prevención de infecciones asociadas a colonias de granulocitos quimioterapia(G-CSF) (filgrastim) Permite aumentar la intensidad de la dosis de

quimioterapiaDisminuye la gravedad de la infección en pacientes con neutropeniaTratamiento de la neutropenia febrils

Trombopoyetina Estimula la maduración de Disminuye la incidencia de trombocitopeniamegacariocitos (bajos recuentos de plaquetas) durante la

quimioterapia

Eritropoyetina Estimula el crecimiento de Disminuye la necesidad de transfusiones progentiores de eritrocitos sanguíneas durante la quimioterapia

(eritropoyesis)

Necrosis tumoral Citotoxicidad y efectos sobre la Uso potencial en melanoma y cáncer hepáticomicrovasculatura tumoral cuando se emplean técnicas que aíslan el área

a tratar

DRAF

T

6

6.6

causan neutropenia (recuentos bajos de neutrófilos), que hace al paciente más susceptible a lainfección y es potencialmente peligrosa para la vida. La neutropenia puede combatirse confármacos como el filgrastim (G-CSF recombinante) (véase historia clínica 1). Otro efectoadverso del tratamiento con agentes quimioterápicos, incluyendo cisplatino, es la anemia, quepuede tratarse con éxito usando eritropoyetina humana recombinante (epoetina), una forma dela citocina producida por el gen humano transfeccionada en cultivos de células de mamíferos.

La epoetina induce la producción de eritrocitos estimulando la división y diferenciación deprogenitores comprometidos en la médula ósea. Esta terapia de soporte tiene importantesbeneficios en la calidad de vida de los pacientes tratados.

Terapia antineoplásica con citocinas

Las citocinas usadas como agentes antineoplásicos en oposición a los agentes de soporteincluyen interferon-α (IFN-α) e IL-2. Estos agentes son opciones de tratamiento estándar en elcáncer de células renales avanzado y el melanoma, pero se han investigado para eltratamiento de una variedad de tipos de tumor, incluyendo neoplasias hematológicas.

El objetivo fundamental de estas aproximaciones basadas en citocinas para la terapiaantineoplásica es estimular el sistema inmunitario del cuerpo para que elimine las célulascancerosas, y no un efecto directo sobre ellas. La estimulación de una respuesta inmunológicaantitumoral es posible porque ciertos tumores son débilmente inmunogénicos. Sin embargo, la

NK

2

1

B

Different classes of T helpercells release different cytokines,resulting in regulation of responses

Activatedmacrophage

Numerous cytokinesinfluence which classesof T helper cell develop

T helper cells are stimulated by IL-12released by macrophages to activateother macrophages

Activated macrophage stimulatesB cells to release immunoglobulinsvia cytokine stimulation

–ve TGF-α

IFN-γ

IFN-γ

IFN-γ

IFN-γIFN-γ

IFN-γ

IL-12

Macrophage

IL-12

IL-12

IL-4

IL-4

IL-13

IL-10

–veBlock

B

lg-producingB cell

TH

TH

TH

TH

TH

TH

TH

Figura 6.1. Ilustración de la complejidad de los efectos de las citocinas sobre los procesos celulares,mediante el ejemplo de un macrófago activado y células T helper (TH). Representa sólo una pequeñaproporción de los posibles efectos de las citocinas en el sistema inmunitario.

El objetivofundamental de

estasaproximaciones

basadas encitocinas para la

terapiaantineoplásica es

estimular elsistema

inmunitario delcuerpo para queelimine las célulascancerosas, y noun efecto directo

sobre ellas.

DRAF

T

6

respuesta inmunológica estimulada por estos tumores en ausencia de terapia con citocinas eslimitada y probablemente insuficiente como para tener ningún efecto una vez establecido eltumor (véase módulo 4). La sustitución o adición de citocinas permite intensificar la respuestainmunológica, lo que resulta en actividad antitumoral.

Las citocinas aprobadas para uso como terapia antitumoral (IFN-α, IL-2) se administranhabitualmente por vía subcutánea y tienen la ventaja de ser potencialmente administradas porel propio paciente, un cuidador o un familiar. En algunos casos, es necesario un períodoinicial de administración intravenosa (i.v.), que requiere hospitalización. Administrados por víasubcutánea (s.c.), los interferones son útiles para el tratamiento de cáncer renal, melanoma ytumores carcinoides, y las interleucinas pueden usarse para tratar el cáncer de células renalesy el melanoma (para más información sobre las interleucinas, véase más adelante IL-2recombinante: un agente biológico no direccionado con actividad antitumoral).

Se sabe que el tratamiento con IFN-α produce tasas de respuesta del 10–20% en pacientescon carcinoma de células renales avanzado, el cáncer más frecuente en el riñón. Se comparafavorablemente con tasas de no más del 10% con quimioterapia y terapia hormonal. Sinembargo, la supervivencia a largo plazo es poco frecuente (aproximadamente un 10% de lospacientes sobrevive 3 años o más) y la toxicidad es significativa con el régimen de interferon-αa altas dosis (de 9 a 10x106U/día tres veces por semana) necesario para producir estasrespuestas. Debería observarse que la similitud en los resultados con IFN-α como monoterapiay en combinación con quimioterapia, como la vinblastina, significa que la terapia combinadano está indicada. Recientemente, se ha demostrado que el beneficio del tratamiento con IFN-αdepende de factores de riesgo como performance status, historia de nefrectomía y químicasérica; hasta un 30% de los pacientes sin factores de riesgo sobrevivió 3 años.

El resultado de la terapia con IFN-α en el melanoma de alto riesgo es mejor, con tasas desupervivencia a 5 años libres de recidiva y globales de aproximadamente el 40% y el 45%,respectivamente. De nuevo se requieren altas dosis de IFN-α (20 MU/m2/día i.v., cinco vecespor semana durante 4 semanas, seguidos de 10 MU/m2 s.c. tres veces por semana durante 11meses) y la toxicidad es significativa (granulocitopenia grave en hasta el 45% de los pacientes,toxicidad hepática grave en el 30%, fatiga grave en el 25%). Los estudios de las actitudes delos pacientes frente a la toxicidad indican que incluso los efectos secundarios significativos sonmás aceptables que la recidiva del melanoma. Sin embargo, la toxicidad ha evitado laintroducción del IFN-α como terapia adyuvante y ha dirigido varios estudios al examen de laeficacia de regímenes a bajas dosis.

Como ya se ha indicado, la administración de citocinas como IFN-α e IL-2 se asocia con unavariedad de efectos secundarios; se producen debido a los efectos directos e indirectos de lascitocinas sobre las funciones inmunológicas que no son las direccionadas por la terapia. Por lotanto, se ha investigado el uso de técnicas que limitan la citocina a un órgano o tejido:inyección directa en los tumores; uso en localizaciones inmunoprivilegiadas como el sistemanervioso central (SNC); y uso de técnicas especializadas para aislar el tumor que se estátratando. Sin embargo, hasta ahora los estudios intensivos no han conseguido identificaraproximaciones alternativas a la terapia de citocinas menos tóxicas y con la misma eficaciaantitumoral directa como terapia sistémica a altas dosis.

En resumen, la terapia con citocinas es la más establecida de las diversas aproximaciones a laterapia biológica en oncología. Su uso como terapia de soporte está muy extendido ygeneralmente bien tolerado, y ciertas citocinas tienen un rol antitumoral importante en elmanejo del cáncer de células renales y el melanoma.

6.7

Se sabe que eltratamiento conIFN-α produce

tasas de respuestadel 10–20% enpacientes concarcinoma decélulas renalesavanzado, elcáncer más

frecuente en elriñón.

DRAF

T

6

Terapias basadas en anticuerposLos anticuerpos forman un componente importante del sistema inmunitario y han evolucionadopara reconocer antígenos. Literalmente, millones de anticuerpos, cada uno de ellos para unantígeno específico, pueden ser producidos por las células B del sistema inmunitario humano.El reconocimiento de un antígeno por parte de un anticuerpo con sitios de unión específicospara ese antígeno conduce a la unión y estimula una variedad de respuestas, incluyendo:

● activación de otros componentes del sistema inmunitario

● inducción de la fagocitosis, un proceso por el cual se ingiere y destruye el material extraño

● estimulación de la inmunidad celular.

Desarrollo de anticuerpos monoclonales para uso terapéutico

La capacidad para usar anticuerpos clínicamente procede del desarrollo de la técnica delhibridoma, en que a partir de una sola célula B de ratón se desarrollan clones de células quesecretan un solo tipo de anticuerpo. Este proceso se trata con mayor detalle en el módulo 5.Las aplicaciones de los anticuerpos monoclonales son:

● investigación sobre la patogénesis de la enfermedad

● diagnóstico

● pronóstico

● predicción de la respuesta terapéutica

● terapia oncológica.

El uso de anticuerpos monoclonales como terapia oncológica requirió un avance tecnológicosuperior al necesario para el desarrollo de anticuerpos monoclonales. Los anticuerposmonoclonales de ratón son reconocidos como extraños por el sistema inmunitario humano. Estosignifica que estimulan una respuesta inmunológica y son rápidamente neutralizados y/odestruidos. Por lo tanto, para ser clínicamente eficaces, había que descubrir una forma deevitar esta respuesta. Las técnicas de DNA recombinante proporcionaron la solución. Losanticuerpos constan de secuencias estructurales y de reconocimiento de antígenos (véasemódulo 4). Las secuencias estructurales constituyen la mayor parte del anticuerpo y sonsimilares en todos los anticuerpos de una especie animal, mientras que las secuencias dereconocimiento de antígeno difieren según el antígeno reconocido. Sustituyendo las secuenciasestructurales de ratón de un anticuerpo monoclonal por secuencias humanas es posibleproducir anticuerpos monoclonales que son por lo menos 90% humanos y que no estimulan lasreacciones neutralizadoras que se dan en respuesta a los anticuerpos monoclonales de ratón(figura 6.2).

Dianas para la terapia basada en anticuerpos monoclonales

Se han investigado varias dianas (antígenos) diferentes para la terapia basada en anticuerposmonoclonales. Estas dianas son habitualmente antígenos que han demostrado ser específicospara uno o más tipos de tumor y que a menudo implican la sobreproducción de un receptor.Algunas de estas dianas se describen en la tabla 6.2.

Las aproximaciones usadas para producir terapias basadas en anticuerpos dirigidas a estasdianas pueden agruparse de la siguiente forma:

● aproximaciones directas de anticuerpos monoclonales (anticuerpo sin modificar o ‘naked’)

6.8

Literalmente,millones de

anticuerpos, cadauno de ellos para

un antígenoespecífico, pueden

ser producidospor las células B

del sistemainmunitariohumano.

Se haninvestigado variasdianas (antígenos)diferentes para laterapia basada en

anticuerposmonoclonales.

Sustituyendo lassecuencias

estructurales deratón de unanticuerpo

monoclonal porsecuenciashumanas es

posible produciranticuerpos

monoclonales queson por lo menos90% humanos yque no estimulan

las reaccionesneutralizadoras

DRAF

T

6

Chimeric antibody(e.g. MabThera®)

Grafted CDRs(e.g. Herceptin®)

Murine CDRs

Humanframework

Human

Murine

a) b)

VL

CL

VH

CH

Figura 6.2. Dos métodos de evitar la respuesta inmunológica a los anticuerpos monoclonales: a)creación de un anticuerpo quimérico uniendo secuencias variables de ratón y secuencias constanteshumanas (aproximadamente 70% humano); b) creación de un anticuerpo humanizado sustituyendotodas las secuencias de ratón excepto las de reconocimiento de antígeno (regiones determinantes decomplementariedad [RDC]) por secuencias humanas (>90% humano).

Tabla 6.2. Ejemplos de dianas para terapia oncológica basadaen anticuerpos monoclonales.

Diana Tipo de tumor

Receptor-2 del factor de crecimiento epidérmico Mama, ovario, colorrectalhumano (HER-2)

Antígeno carcinoembrionario (CEA) Colorrectal

MUC1 Colorrectal, mama, ovario

Gangliósidos Melanoma

CD19, CD20, CD22 Linfoma no Hodgkin

CD5 Leucemia linfocítica crónica, linfoma de células T cutáneo

6.9

● inmunoconjugados, incluyendo inmunotoxinas y radio-inmunoconjugados

● anticuerpos biespecíficos.

Anticuerpos monoclonales

El uso de anticuerpos monoclonales sin conjugar (en inglés denominados ‘naked’) para hacerdiana en tumores y causar efectos directos sobre las células tumorales es la aproximaciónmediada por anticuerpos más simple investigada. La eficacia de este tipo de terapia depende de:

● la selección de un antígeno diana adecuado, es decir que está anormalmente expresadopor las células cancerosas pero no por las normales, está presente en niveles elevados

El uso deanticuerpos

monoclonalessin conjugar

(en inglésdenominados‘naked’) para

hacer diana entumores y causarefectos directossobre las célulastumorales es laaproximaciónmediada por

anticuerpos mássimple

investigada.

DRAF

T

6

sobre la superficie de la célula tumoral, es estable (no variable debido a mutacionespuntuales en el gen) y activo en el desarrollo y/o mantenimiento del tumor

● el anticuerpo monoclonal, que debe tener alta afinidad por el antígeno diana sin efectossobre los tejidos normales

● el tipo de tumor, incluyendo accesibilidad por el anticuerpo.

Estos rasgos garantizan que el anticuerpo monoclonal no afecta o produce sólo mínimosefectos sobre las células sanas, mientras que suprime o elimina de forma eficaz las célulastumorales. Los altos niveles de expresión del antígeno por las células tumorales mejoran laeficacia y direccionalidad del anticuerpo, y la estabilidad del antígeno garantiza que la dianapara la terapia siempre está presente. La alta afinidad del anticuerpo monoclonal por su dianatambién mejora la especificidad tumoral.

Inicialmente se creyó que la eficacia de la terapia con anticuerpos monoclonales se debía a laestimulación de respuestas inmunológicas que daban lugar a muerte celular. Sin embargo,ahora se cree que la actividad antitumoral de los anticuerpos monoclonales es producida dedistintas maneras, como:

● regulación a la baja de la diana, lo que provoca alteraciones en la función de, porejemplo, los receptores de factor de crecimiento

● prevención de la activación de la diana, por ejemplo receptores de factor de crecimiento

● inhibición de vías intracelulares controladas por la diana, como las señales estimuladorasde crecimiento producidas por un factor de crecimiento que se une a su receptor

● inducción de respuestas inmunológicas

● actividad antineoplásica directa mediante muerte celular programada (apoptosis), porejemplo activación de factores que inducen la apoptosis como resultado del feedback devías intracelulares estimuladoras del crecimiento inhibidas.

La terapia con anticuerpos monoclonales se convirtió en una realidad clínica con la capacidadde producir anticuerpos quiméricos o humanizados que conservan la especificidad al antígenodel anticuerpo progenitor murino, pero que no son neutralizados por una respuestainmunológica frente a una proteína extraña. Se ha demostrado que esta aproximación eseficaz en ensayos clínicos y actualmente se dispone de dos agentes para uso clínico habitual:

● MabThera®, un anticuerpo anti-CD20 quimérico que produce respuestas enaproximadamente el 50% de los pacientes con linfoma no Hodgkin y que es bien tolerado

● Herceptin®, un anticuerpo monoclonal anti-HER2 humanizado que se ha demostrado queproduce aumentos en la duración de la supervivencia global en mujeres con cáncer demama metastásico HER2-positivo (véase una consideración detallada más adelante en estemódulo) (figura 6.3).

Estos dos anticuerpos monoclonales hacen diana en antígenos expresados por célulastumorales a niveles elevados. El CD20 es expresado por casi todos los linfomas de células B,pero no sobre las células madre, precursores iniciales de células B u órganos críticos. Estaespecificidad de expresión, junto con la localización de su membrana celular y la ausencia enel suero, lo convierten en una diana ideal para la terapia con anticuerpos monoclonales.

El HER2, aunque expresado por la gran mayoría de células epiteliales, es expresado a niveleselevados por aproximadamente el 20% de tumores de mama y un porcentaje de otros tumores,

6.10

La terapia conanticuerpos

monoclonales seconvirtió en unarealidad clínica

con la capacidadde produciranticuerposquiméricos o

humanizados queconservan la

especificidad alantígeno del

anticuerpo . . .

DRAF

T

6

Figura 6.3. Estructura representativa de un anticuerpo monoclonal humanizado (las secuencias deratón aparecen en amarillo).

6.11

Los efectossecundarios de la

terapia conanticuerpos

monoclonalestienden a estar

relacionados consu infusión y se

suelen dar con laprimera dosis.

Tanto lainteriorización

como la actividadcitotóxica son

funcionesintrínsecas de lastoxinas usadas eninmunoterapia.

y tiene un rol demostrado en la oncogénesis del cáncer de mama. Estos rasgos lo conviertentambién en una diana ideal para la terapia con anticuerpos monoclonales.

Los efectos secundarios de la terapia con anticuerpos monoclonales tienden a estarrelacionados con su infusión y se suelen dar con la primera dosis. Lo más habitual es que lospacientes experimenten fiebre y escalofríos (observados en hasta el 40% de pacientes), conrigores ocasionales. Sin embargo, estos síntomas pueden tratarse con la terapia sintomáticaadecuada y reduciendo de la tasa de infusión.

Inmunoconjugados

El término inmunoconjugados se usa para referirse a anticuerpos monoclonales unidos atoxinas o radionúclidos para formar inmunotoxinas y radio-inmunoconjugados (figura 6.4),respectivamente. El objetivo de ambas aproximaciones es administrar una molécula con efectoscitotóxicos específicamente a las células tumorales.

Las toxinas que se usan como inmunotoxinas deben ser citotoxinas, es decir que induzcan lamuerte celular, que reconozcan una diana celular y que tengan actividad sólo después dehaber sido introducidas en la célula (interiorizadas). Esto significa que la toxina causa lamuerte sólo de las células que expresan la diana y no de otras células que no interiorizan latoxina (figura 6.5).

Las toxinas de este tipo más habituales son de origen bacteriano o vegetal, incluyendo ricina ola subunidad A de la ricina (vegetal), exotoxina de Pseudomonas y toxina diftérica(bacterianas). La unión de estas toxinas a anticuerpos puede conseguirse de forma química osustituyendo las secuencias de unión de la toxina por el fragmento de reconocimiento deantígeno de un anticuerpo monoclonal. Se prefiere la última técnica, ya que produce unproducto de inmunotoxina homogéneo menos inmunogénico y más activo.

Las inmunotoxinas producidas de esta forma se unen a las dianas apropiadas en las célulastumorales, se interiorizan y sólo entonces expresan su acción citotóxica mediante efectos en elmetabolismo celular. Tanto la interiorización como la actividad citotóxica son funcionesintrínsecas de las toxinas usadas en inmunoterapia.

DRAF

T

6

6.12

Immunisation withtumour antigen

Spleen Immortal B cell

Removal of spleen cells andfusion with immortal B cellsto form hybridomas

Formation of coloniesfrom single hybridomacells

Selection of cloneproducing antibodiesagainst

Monoclonal antibody

Conjugation to radionuclide or toxin

P P

Tumourantigen

Figura 6.4. Producción de inmunoconjugados.

Los antígenos relacionados con tumores que se han direccionado usando inmunotoxinasincluyen:

● CD5 en la enfermedad del injerto contra el huésped y leucemia linfocítica crónica

● receptor de IL-2 en neoplasias hematológicas

● CD22 en linfomas de células B y leucemias

● antígeno Lewis Y en cáncer colorrectal, de mama y otros cánceres

● HER2 en cáncer de mama

● CD56 en cáncer de pulmón no microcítico.

Los primeros estudios clínicos de inmunotoxinas han producido tasas de respuesta, es decirreducción y eliminación del tumor, de hasta el 40%, aunque son más habituales tasas del15–25%. Sin embargo, los estudios preclínicos indicaban que las tasas de eficacia deberíanhaber sido mayores. Esta discrepancia posiblemente se debe en parte a la falta de penetración

DRAF

T

6

Internalisation

Antibody is cleaved from toxin

Toxin is transported withinthe cell and inhibitsprotein synthesis

Absence of protein synthesisresults in cell death

Immunotoxin binds tocell surface receptor

Receptor

Ab

Cell death

Inhibition of proteinsynthesis

Toxin

Toxin

Toxin

Toxin

Figura 6.5. Mecanismo de eliminación celular por una inmunotoxina.

6.13

de grandes masas tumorales, ya que las inmunotoxinas son moléculas grandes con movimientolimitado, y a la falta de especificidad tumoral. También debería observarse que la incidenciade la toxicidad relacionada con inmunotoxinas es relativamente alta, con hasta un 60–70% depacientes con efectos adversos graves. El problema principal es el síndrome de extravasación,que produce edema generalizado y distintos efectos secundarios como hipotensión y derramepleural. Hasta ahora, la toxicidad ha evitado el desarrollo clínico avanzado de estaaproximación terapéutica. Por ejemplo, la inmunotoxina Erb-38, formada por un anticuerpomonoclonal anti-HER2 y exotoxina Pseudomonas, causó toxicidad hepática cuando se usó paratratar tumores de mama con sobreexpresión de HER2.

Los radio-inmunoconjugados constituyen una aproximación terapéutica atractiva, ya que sesabe que la radiación es eficaz en la eliminación de células. Uno de los mayores retos de laradioterapia es garantizar que un tumor recibe dosis citotóxicas de radiación y los tejidossanos no. El uso de radio-inmunoconjugados se desarrolló como una forma de concentrar lasradiaciones en tumores.

Se dispone de dos tipos de radioisótopos para la producción de radio-inmunoconjugados:emisores beta como yodo-131 e itrio-90; y emisores alfa como astatinio -221 y actinio-225.Los emisores beta producen radiación de bajo nivel a distancias relativamente largas, lo quesignifica que tienen un efecto potencialmente adverso en los tejidos sanos circundantes. Por lotanto, su uso está limitado a situaciones en que el trasplante de médula ósea es posible ocuando existe una alta carga tumoral. En contraste, los emisores alfa producen altas dosis deradiación a distancias cortas, con lo que su citotoxicidad es más selectiva que la de losemisores beta.

Las aplicaciones clínicas de los radio-inmunoconjugados se han centrado en las neoplasiashematológicas. Los anticuerpos monoclonales anti-CD20 conjugados con emisores beta se haninvestigado ampliamente en el tratamiento de linfomas de células B. Tanto el régimen a altas

la incidencia de latoxicidad

relacionada coninmunotoxinas esrelativamente alta,

con hasta un60–70% de

pacientes conefectos adversos

graves.

Las aplicacionesclínicas de los

radio-inmunoconjugados se han centradoen las neoplasiashematológicas.

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6

dosis, que requiere trasplante autólogo de médula ósea, como los regímenes a bajas dosis handemostrado su eficacia, con respuestas tumorales completas en hasta el 50% de los pacientes.Los ensayos pivotales de radio-inmunoconjugados anti-CD20 marcados con yodo-131 e itrio-90 se acercan a su compleción. Los estudios de la aplicación de radio-inmunoconjugados altratamiento de tumores sólidos han resultado ser menos exitosos debido a la toxicidadsignificativa y una eficacia limitada.

Anticuerpos biespecíficos

Normalmente los anticuerpos tienen dos sitios de unión para el mismo antígeno. Losanticuerpos biespecíficos han surgido de la posibilidad de usar la ingeniería genética paradiseñar anticuerpos con sitios de unión para dos antígenos distintos. Los sitios de unión de losanticuerpos biespecíficos son específicos para una antígeno asociado a tumor y un auto-antígeno que se encuentra sobre una célula efectora del sistema inmunitario, como células T,células natural killer, monocitos o macrófagos. Esta aproximación favorece el contacto directode las células efectoras inmunológicas con las células malignas. Además, la célula efectoradiana para el anticuerpo habitualmente es un receptor cuya activación desencadena la lisisy/o fagocitosis por la célula efectora, lo que causa la muerte de la célula tumoral. Además, lascélulas efectoras liberan citocinas que afectan las células tumorales circundantes y atraen máscélulas efectoras al foco tumoral.

Un buen ejemplo de anticuerpo biespecífico probado clínicamente es el MDX-210,direccionado a HER2 y receptores de células T. Este anticuerpo ha producido resultadosalentadores en estudios de fase I y II en mujeres con cáncer de mama avanzado HER2-positivoo cáncer ovárico. Sin embargo, se usó un anticuerpo de ratón y durante estos estudios seobservó una respuesta inmunológica rápida a ese anticuerpo. Esta respuesta neutralizó laactividad del anticuerpo biespecífico. El equivalente humanizado del MDX-210, el MDX-H210,se ha evaluado en cáncer de mama avanzado, de células renales, de próstata y colorrectal.Los resultados preliminares de estos estudios en el entorno del cáncer avanzado indican quepueden obtenerse respuestas tumorales ocasionales, aunque el beneficio más frecuente de laterapia observado hasta el momento es la enfermedad estable, en hasta el 45% de pacientes.

Vacunas contra el cáncerLas vacunas contra el cáncer son una forma de terapia biológica en que se ‘anima’ al sistemainmunitario a reconocer y destruir células cancerosas. A diferencia de las vacunas paraenfermedades infecciosas, administradas como medida preventiva para que el sistemainmunitario esté preparado para responder a un virus o bacteria concretos, las vacunas para elcáncer están diseñadas para ser administradas después de diagnosticar la enfermedad.

Las dianas principales de las vacunas para el cáncer son:

● antígenos específicos de tumores, es decir formas mutantes de proteínas celulares normaleso proteínas expresadas de forma anormal

● antígenos de diferenciación, usados para inmunizar contra los tumores ya que estimulan lasrespuestas de las células T

● antígenos víricos. Esta aproximación utiliza el hecho de que el 15–20% de los tumores soninducidos por virus, y que estos tumores expresan por lo menos algunas proteínas víricassobre la superficie celular. Los ejemplos incluyen la proteína EBNA-1 del virus Epstein-Barr yel núcleo y antígenos de superficie del virus de la hepatitis B

● oncogenes como el p53

6.14

Los sitios de uniónde los anticuerposbiespecíficos sonespecíficos para

una antígenoasociado a tumor

y un auto-antígeno que seencuentra sobre

una célulaefectora del

sistemainmunitario, como

células T . . .

Las vacunascontra el cáncer

son una forma deterapia biológicaen que se ‘anima’

al sistemainmunitario areconocer y

destruir célulascancerosas.

DRAF

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6

Tumour-associated antigens (lysate or whole cell)

Capture by antigen-presenting cell, processingand presentation in recognisable form

Stimulation of immune cell clones, includingantibody-secreting B cells, T cells andcytokine-producing T helper (TH) cells

Cytokines from TH cells stimulate furtherresponses by B and T cells

AntigensTumour

cell

IgG IgM

Anti-tumour activity

Cytokines

B

T T

T

TH TH

TH

Figura 6.6. Mecanismo de la inducción de respuestas antitumorales por vacunas de células enteras yextracto tumoral. Reproducido con autorización, de Principles and Practice of the Biological Therapyof Cancer. Filadelfia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.

6.15

● antígenos carbohidratos como gangliósidos y mucinas son expresados a niveles elevadospor células tumorales e inducen una respuesta inmunológica eficaz. Su rol en lasinteracciones celulares hace de ellos dianas potencialmente útiles.

Las diversas formas de vacunas para el cáncer que se han investigado se describen acontinuación.

Extractos de células tumorales y células enteras

Los extractos de células tumorales y células enteras, por ejemplo del cáncer de mama,leucemia y melanoma, se desarrollan a partir de células tumorales obtenidas del pacientetratado o de células tumorales de pacientes con tumores similares. Estas dos aproximacionesdan lugar a respuestas de citocinas y células T que deberían promover la eliminación del tumor(figura 6.6). La segunda aproximación es actualmente la más atractiva debido al complejoproceso implicado en el desarrollo de estas vacunas, que implica obtener celular tumorales enestadios precoces de la enfermedad y una precisa clonación celular para producir una fuenteconstante de células tumorales. También es esencial la precisa caracterización tumoral paragarantizar que están presentes altos niveles de antígenos asociados a tumores, requeridospara estimular una respuesta inmunológica.

Las vacunas de células enteras y de extractos tumorales se han investigado ampliamente enensayos clínicos. Aunque los primeros ensayos en pacientes con tumores sólidos generalmenteavanzados incluyendo melanoma y sarcoma mostraron respuestas inmunológicas con pocatoxicidad, estas vacunas produjeron pocos beneficios clínicos. Por lo tanto, los ensayosposteriores examinaron pacientes con enfermedad residual mínima o sin enfermedad despuésde la cirugía. Estos ensayos han demostrado beneficios a partir de aproximaciones con célulasenteras y extarctos tumorales en leucemia, melanoma, cáncer renal, de mama y otros tipos detumor.

Las vacunas decélulas enteras y

de extractostumorales se han

investigadoampliamente enensayos clínicos.

DRAF

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6

Células tumorales modificadas

La modificación genética de células tumorales antes de la administración de la vacuna es unaaproximación ampliamente utilizada. La introducción de un genoma vírico en células tumoralesrefuerza la coestimulación de células T o aumenta la atracción de células presentadoras deantígenos estimulando la producción de citocinas y otras moléculas, o refuerza la presentacióndel antígeno a las células T (figura 6.7). Los primeros estudios usaban extractos de célulastumorales infectadas por el virus de la gripe y mostraron que podía generarse una respuestainmunológica al tumor. Por lo tanto, la manipulación genética ha implicado el diseño decélulas cancerosas para que contengan genes de citocina que codifiquen, por ejemplo,interleucinas, interferones o factor de necrosis tumoral-?. Se han observado respuestas enpacientes con melanoma tratados con vacunas de células tumorales transducidas por IL-2.

Proteínas específicas de tumores

El uso de proteínas específicas de tumores para inducir una respuesta inmunológica es unmétodo de vacunación atrayente y directo. Es especialmente atrayente refinar estaaproximación aislando fragmentos de péptidos que son importantes para la inmunogenicidadde una proteína, ya que evita problemas potenciales de tolerabilidad cuando se administranproteínas grandes y mejora la especificidad de la respuesta inmunológica. Los estudiosiniciales con péptidos derivados de proteínas asociadas a melanoma, como MAGE-1 yMART-1, no tuvieron éxito porque ningún o pocos pacientes fueron inmunizados con éxitosegún lo determinado midiendo las respuestas de linfocitos T citotóxicos. Se han investigadométodos para aumentar la inmunogenicidad del péptido y de afinidad de unión con elreceptor mediante mutaciones selectivas de los péptidos. La inmunización con estos péptidosmodificados tiene más éxito y ha producido respuestas en pacientes con melanoma.

Otros péptidos que se han investigado por su potencial como vacunas en ensayos clínicosincluyen aquellos derivados del HER2, el oncogen ras y el antígeno prostático específico (PSA).El tratamiento con estos péptidos aún no ha demostrado su eficacia. Se han sugerido otrospéptidos como candidatos para vacunas, pero aún no se han investigado clínicamente.

6.16

. . . aislandofragmentos de

péptidos que sonimportantes

para lainmunogenicidadde una proteína,

ya que evitaproblemas

potenciales detolerabilidadcuando se

administranproteínas

grandes . . .

Antigen is presentedby APC to TH cells

and CTLs

Tumourcells

APC

CTL

CTL

A) B)

Antigen-presentingreceptor recognised

by immune cells

Tumourantigen

Immune cells are stimulateddirectly by tumour cells

presenting antigen

Tumour cells engineeredto produce cytokines

involved in APCstimulation IL-3

IL-4GM-CSF

TH

TH

Figura 6.7. Mecanismos potenciales de activación de células T específicas tumorales por célulastumorales modificadas genéticamente: A) aumento de la producción de citocinas y B) presentación deantígenos reforzada. CPA, célula presentadora de antígenos; LTC, linfocito T citotóxico; TH, célula Thelper. . Reproducido con autorización, de Principles and Practice of the Biological Therapy of Cancer.Filadelfia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.

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6.17

DNA

Las vacunas de DNA son plásmidos, moléculas de DNA sin modificar que incorporan DNArecombinante que codifica inmunógenos como el antígeno carcinoembrionario (CEA). Lavacunación con DNA presenta ventajas sobre la vacunación con péptidos en términos deestabilidad, inmunogenicidad, sitio de expresión del inmunógeno y variedad de respuestasinmunológicas obtenidas. Los ensayos clínicos de vacunas de DNA se encuentran en susprimeros estadios para melanoma, linfoma y cáncer de colon.

El principal riesgo teórico de este tipo de estrategia de vacunación es que el DNArecombinante se incorpore en el DNA del huésped y cause mutaciones. Este inconveniente setrata evaluando el uso de vacunas de DNA sin modificar, que no se incorporan en el genomadel huésped. Sin embargo, estas vacunas sólo se han examinado en modelos in vitro.

La principal consideración de todas las aproximaciones anteriores es que la vacuna deberíapresentarse al sistema inmunitario de forma que estimule una respuesta específica, que puededirigirse entonces al tumor en sí. La inmunidad de células T es la aproximación más eficazterapéuticamente, y requiere células presentadoras de antígenos denominadas célulasdendríticas. Las células dendríticas capturan, procesan y presentan los antígenos a los linfocitosT de manera que puedan reconocerlos, y una vez activadas tienen la capacidad de activar lascélulas T. Aunque es importante considerarlas para estrategias de vacunación antitumoral, eluso de células dendríticas per se presenta posibilidades interesantes para la terapia celular.

Otra consideración cuando se desarrollan vacunas es cómo maximizar cualquier respuestainmunológica que se genere. Habitualmente se consigue mediante adyuvantes inmunológicos,sobre todo citocinas, para promover y prolongar la respuesta inmunológica. Sin embargotambién se han utilizado virus, proteínas bacterianas y otros agentes.

Las vacunas para el cáncer se están estudiando en el tratamiento de muchos tipos de cáncer,incluyendo melanoma, linfomas, y cáncer de riñón, mama, ovarios, próstata, colon y recto.Existe una superposición considerable en términos de manipulación genética de células y DNAy el resultado deseado de la terapia entre las estrategias para terapia antitumoral con vacunascontra el cáncer, terapia genética y terapias celulares (véase a continuación).

Terapia genéticaLa terapia genética implica la transferencia de material genético al interior de un tumor con laintención de tratarlo. Esta técnica es interesante, ya que la mayoría de tumores presentanmutaciones genéticas que son responsables por lo menos en parte de su naturaleza oncogénicay por lo tanto quizás puedan corregirse mediante técnicas de transferencia genética.

El material genético puede transferirse a las células tumorales usando plásmidos y virusdiseñados por ingeniería genética. Los plásmidos son DNA sin modificar que puede diseñarsepara contener el DNA que hay que transferir. Los plásmidos pueden entrar en las células,donde su DNA se incorporará al DNA nuclear. Sin embargo, el DNA del plásmido essusceptible de degradación, lo que limita potencialmente la eficacia de su incorporación.

Se han usado virus para transferir genes, ya que son más estables que el DNA sin modificar oel RNA (figura 6.8). Sin embargo, hay que tomar precauciones para garantizar que el vectorvírico no cause una enfermedad por sí mismo (algunos de los virus usados para técnicas detransferencia genética vírica tienen el potencial de ser patógenos en el hombre). Esteinconveniente ha limitado el uso de sistemas de transferencia genética por virus, aunque lasinvestigaciones continúan.

Aunque esimportante

considerarlaspara estrategiasde vacunación

antitumoral, el usode células

dendríticas per sepresenta

posibilidadesinteresantes parala terapia celular.

El materialgenético puedetransferirse a lascélulas tumoralesusando plásmidosy virus diseñados

por ingenieríagenética.

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6

6.18

Las técnicas de transferencia genética en el tratamiento del cáncer han incluido:

● transferencia genética a células tumorales para promover la inmunogenicidad del tumor yreducir la tumorigenicidad

● transferencia genética de DNA codificando antígeno tumoral a células normales parapromover respuestas inmunológicas direccionadas al antígeno

● transferencia genética con el objetivo de modificar las células inmunológicas para quemuestren respuestas inmunológicas antitumorales

● introducción de genes suicidas que convierten moléculas no tóxicas en compuestos tóxicosque causan la muerte de la célula

● sustitución de genes supresores de tumores defectuosos para restaurar la función

● utilización de oligonucleótidos antisentido, es decir oligonucleótidos complementarios ensecuencia a mRNA humano conocido, para eliminar la expresión de genes promotores delcrecimiento concretos

● inhibición de oncogenes.

La mayoría de ensayos clínicos de terapias genéticas realizados hasta ahora han sido estudiosde seguridad de fase I, es decir estudios iniciales con un número limitado de pacientesgeneralmente con enfermedad avanzada, para establecer si un agente es lo suficientementebien tolerado como para justificar ensayos más extensos. Estos ensayos han revelado que laeficacia de la transferencia genética es escasa y que la duración de la expresión genética amenudo es breve, lo que da lugar a una baja eficacia. También ha resultado problemática laforma de administrar la terapia genética, y ha provocado una escasa eficacia de transferencia(sobre la investigación que busca solventar estos problemas, véase el módulo 7). Hay quesuperar estos retos antes de que esta técnica resulte útil para la terapia oncológica.

Terapia celularComo se esbozó en el módulo 4, el sistema inmunitario tiene un brazo humoral (anticuerpos ycomplemento) y un brazo celular. Se ha demostrado que la inmunidad celular es eficaz a la

Retrovirus

Plasmid DNA

Adenovirus

Integrating vectors Nonintegrating vectors

Vaccinia virus

A) B)

Figura 6.8. Mecanismos de transferencia genética usando vectores víricos.

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6.19

hora de destruir células tumorales y mantener la inmunidad antitumoral. Por lo tanto, transferircomponentes celulares del sistema inmunitario a pacientes con cáncer es una forma potencialde promover la función inmunológica antitumoral celular. Este tipo de aproximación sedenomina transferencia celular adoptiva.

Por lo general, estas técnicas implican recolectar células inmunitarias del paciente y cultivarlasen el exterior del cuerpo (figura 6.9), lo que evita las limitaciones potenciales sobre númeroscelulares causados por la supresión del tumor y regulación inmunológica. Además puedenseleccionarse las células inmunitarias adecuadas y sus características pueden reforzarseusando compuestos que serían tóxicos administrados directamente a los pacientes. La selecciónda lugar a poblaciones celulares que reconocen los antígenos de superficie de las célulastumorales, lo que permite direccionar la terapia a los tumores. Después del proceso deselección y cultivo, la población celular aumentada se usa para el tratamiento.

Tumour resection

Tumour cells Tumour-infiltrating lymphocytes

Genetic manipulation/activation

Genetically manipulatedcytotoxic

tumour-infiltrating lymphocytes

Genetic manipulation

Genetically manipulatedimmunogenictumour cells

Cell separationand culture

Figura 6.9. Ilustración esquemática de los pasos implicados en la transferencia celular adoptiva.

A menudo, la transferencia celular adoptiva es un tratamiento pasivo que busca la lisis tumoral,que no intenta estimular el sistema inmunitario. Sin embargo, puede utilizarse como estrategiade inmunización activa en que las células inmunitarias administradas sufren amplificación yreclutan el sistema inmunitario del huésped para eliminar células tumorales. Algunas de lasaproximaciones terapéuticas basadas en células ya investigadas se describen en la tabla 6.3.

Estas aproximaciones terapéuticas basadas en células son limitadas por la necesidad de aislarlas células del receptor deseado. El uso de células de otros donantes puede provocarreacciones similares a las experimentadas con un trasplante de órganos y requiereninmunosupresión.

. . . transferircomponentescelulares del

sistemainmunitario apacientes concáncer es una

forma potencialde promover la

funcióninmunológicaantitumoral

celular.

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6.20

Los estudios clínicos de estas diversas aproximaciones basadas en células han demostrado quepuede producirse actividad antitumoral. Sin embargo, aún no se sabe si los beneficios entérminos de mejores resultados y menor toxicidad son mayores que los conseguidos con otrasformas de terapia.

Terapia biológica direccionada versus no direccionada

Durante muchos años la terapia biológica ha sido promovida como un avance importante enla terapia. El interferon se descubrió en 1957 y se utilizó como terapia antivírica. Los factoresestimuladores de colonias como el G-CSF y la eritropoyetina se han utilizado mucho tiempocomo terapias de soporte en oncología. Sin embargo, estos agentes tienen efectos de soporteen el sistema inmunitario y no hacen diana directamente en los tumores.

El progreso en las terapias biológicas gira alrededor del diseño de nuevos agentesdireccionados a células tumorales, lo que se ha conseguido con los avances en nuestracomprensión de la biología molecular, la biología tumoral y la caracterización tumoral.

En resumen:

● el crecimiento del tumor empieza con una mutación (cambio estructural en el DNA)

El progreso en lasterapias

biológicas giraalrededor del

diseño de nuevosagentes

direccionadosa células

tumorales . . .

Tabla 6.3. Aproximaciones terapéuticas basadas en células para la terapiaoncológica.

Tipo de célula Actividad/características Cánceres tratados

Linfocitos infiltradores Infiltran tumores y causan lisis Melanoma, cáncer de célulasde tumores Las poblaciones celulares que reconocen un solo renales

antígeno asociado a tumor pueden cultivarse fácilmente

Células agresoras Lisan células tumorales, pero no células normales Melanoma, cáncer de células activadas por linfocinas Pueden expandirse y activarse in vitro en presencia de renales

citocinas

Células T autólogas Se supone que han sido expuestas al antígeno tumoral y Cáncer de células renalesde memoria que tienen una actividad tumoral potencial

Activadas usando anticuerpos monoclonales contra elreceptor CD3 y citocinas

Células dendríticas Principales células presentadoras de antígenos para la Cáncer de células renales,respuesta inmunológica mediada por células T cáncer de mamaPueden obtenerse in vitro por maduración de precursoresde monocitos bajo la influencia de factores estimuladoresde colonias

Células madre Potencial para efectos antitumorales por reacción de Cáncer de mama, cáncerinjerto contra tumor de células renalesRequiere inmunosupresión antes de la administraciónde células

Linfocitos T citotóxicos Células linfoblastoides expresando proteínas del virus Enfermedad linfoproliferativa,específicos de virus Epstein-Barr linfoma, enfermedad de

Alta inmunogenicidad Hogkin

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6

6.21

● este cambio genético puede ser el resultado de la sustitución incorrecta de una base porotra, de la deleción o inserción de una base o bases, translocación, o replicación odeleción de todo un gen

● el gen alterado transmite instrucciones defectuosas, lo que conduce a la síntesis de unaproteína alterada, demasiada o demasiado poca proteína, lo que afecta el funcionamientode la célula

● el código genético defectuoso pasa a otras células a través del ciclo celular y la poblaciónde células anormales crece.

Como vimos en el módulo 3, el cáncer es el resultado de una serie de mutaciones genéticasque varían de un tumor a otro. Las mutaciones genéticas afectan la producción de las proteínasreguladoras del crecimiento. Los desequilibrios en los niveles de estas proteínas estimulan ladivisión incontrolada de células, causando tumores.

Utilizar las anormalidades tumorales específicas para direccionar laterapia● Muchas de las mutaciones en oncogenes y genes supresores de tumores son específicas

para ciertos tipos de tumor. Por ejemplo, en el cáncer de mama los genes MUC-1 estánmutados con frecuencia.

● Dado que estas mutaciones se asocian sólo con células tumorales, proporcionan una dianapara la terapia específica de tumores.

● Idealmente, las anormalidades asociadas a tumores para uso en el desarrollo de terapiasdireccionadas serían:

– fácilmente mesurables para permitir seleccionar los pacientes para el tratamiento

– de localización extracelular para que puedan ser reconocidos por la terapia.

● Hacer diana en las anormalidades tumorales específicas tiene el potencial de minimizar losefectos secundarios de la terapia, ya que las células normales no serán afectadas.

● Los agentes quimioterápicos tradicionales afectan todas las células en división activa y porlo tanto tienen efectos no específicos en SNC, sistema gastrointestinal y sistemahematopoyético.

Ventajas de las terapias direccionadasDireccionar la terapia a anormalidades celulares específicas está demostrando su eficacia enel tratamiento del cáncer, p.ej. MabThera® para el linfoma CD20-positivo, Herceptin® para elcáncer de mama HER2-positivo. Existen una serie de ventajas para la terapia direccionada,una de las cuales es la posibilidad de individualizar el tratamiento. Otros beneficios son:

● mejor tolerabilidad y mejores perfiles de efectos secundarios debido a efectos específicossobre las células tumorales

● aumento de la respuesta inmunológica del huésped

● nuevos mecanismos de acción, diferentes a los de los agentes terapéuticos convencionales,lo que significa que la terapia combinada es posible que tenga una mayor eficacia y asímejore los resultados clínicos.

Es posible que las mejoras en la caracterización de tumores hagan aumentar el uso de terapiasbiológicas direccionadas para el tratamiento del cáncer (véase módulo 7).

Direccionar laterapia a

anormalidadescelulares

específicas estádemostrando sueficacia en el

tratamiento delcáncer . . .

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6.22

Las siguientes historias clínicas ilustran las diferencias entre agentes biológicos nodireccionados y los nuevos agentes direccionados que están consiguiendo mejoras interesantesen el manejo del cáncer.

Historia clínica 1: filgrastim, un agente biológico no direccionadousado como terapia de soporte

El filgrastim es una forma recombinante de G-CSF humano, una citocina que el cuerpo producede forma natural. El G-CSF tiene funciones en el control de la hematopoyesis (producción decélulas sanguíneas maduras).

HematopoyesisEl principal sitio de hematopoyesis en los adultos es la médula ósea. Las células sanguíneas seproducen a partir de células madre primitivas en la médula ósea, que actúan como precursoresde todos los tipos de células sanguíneas maduras: eritrocitos (glóbulos rojos), neutrófilos,basófilos, eosinófilos, monocitos/macrófagos, osteoclastos, linfocitos y plaquetas (figura 6.10).Las células madre son únicas en el sentido de que pueden proliferar para producir más célulasmadre y diferenciarse para producir los tipos de células maduras mencionados.

Las células madre son las células más importantes del sistema hematopoyético, ya que son lasresponsables últimas de la producción de todas las células sanguíneas. La diferenciación de lascélulas madre para producir células maduras implica varios pasos que dan lugar a unarestricción del desarrollo, lo que significa que células en diferentes estadios de desarrollo soncapaces de producir sólo un cierto número de tipos de células sanguíneas maduras.

Cuando el sistema hematopoyético es gravemente dañado por quimioterapia o radiación, sonlas células madre pluripotenciales (células que pueden diferenciarse para formar cualquiera delos tipos celulares del sistema hematopoyético) de la médula ósea las que eventualmenterepoblan el sistema. Esto se consigue mediante la diferenciación de estas células para generarcélulas progenitoras, encargadas de producir los tipos de células adecuadas. Sin embargo, a

El principal sitiode hematopoyesisen los adultos esla médula ósea.

Selfrenewal

DifferentiationGM-CFC

Meg-CFC

Eos-CFC

BFU-E

G-CFC

M-CFC

Bas-CFC Basophils

Erythrocytes

Neutrophils

Platelets

Eosinophils

Macrophagesandosteoclasts

Pre-T cells

Pre-B cells B lymphocytes

T lymphocytes

MultipotentCFU-S/CFC-Mix

Pluripotentstemcells

Figura 6.10. Estadios de la hematopoyesis, indicando cómo las células madre se restringen a medidaque se diferencian para formar células hematopoyéticas.

DRAF

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6

6.23

Tabla 6.4. Efectos in vivo del G-CSF.

Tipo de célula afectado Efecto

Células sanguíneas circulantes aumento Disminución temporal de los recuentos de neutrófilos, seguida de un sostenido

Hematopoyesis en la médula ósea Amplificación de células progenitoras y liberación temprana de células maduras

Células progenitoras en la médula ósea Aumento en los números absolutos de células progenitoras

Células progenitoras en la sangre Movilización de células progenitoras en sangre periférica

corto plazo, la repoblación se debe a la rápida proliferación y diferenciación de las célulasprogenitoras con desarrollo restringido ya circulantes. Por este motivo el control de larenovación y diferenciación de células madre, y de la diferenciación de su progenie, han sidoel centro de la investigación que buscaba explotar este sistema clínicamente para ayudar a laspersonas con cáncer.

Factores de crecimiento hematopoyéticosLos estudios in vitro inicialmente indicaron que las células podían ser estimuladas por factoresdesconocidos en medios de cultivo para diferenciarse y producir células sanguíneas maduras.Estos factores no fueron aislados hasta que la tecnología de DNA recombinante permitió aislarlos genes que codifican estos factores y expresarlos en sistemas bacterianos y de levadurapara producir grandes cantidades de estos factores. De manera simultánea, fue posiblepurificar los distintos tipos de células del sistema hematopoyético, lo que permitió demostrarque los factores aislados sólo tenían efectos sobre ciertos tipos de células.

Se demostró que el G-CSF estimulaba preferentemente el desarrollo de neutrófilos a partir de lacélula precursora adecuada. Los neutrófilos están implicados en la respuesta a la infección y eldaño tisular. Pequeñas cantidades de G-CSF liberadas en el foco de daño tisular o infecciónbacteriana garantizan que los neutrófilos maduros estén presentes allí donde se les necesita.

Efectos del filgrastim in vivoSe ha demostrado que el filgrastim tiene efectos sobre las células sanguíneas circulantes, lahematopoyesis en la médula ósea y sobre las células progenitoras en la médula ósea y lasangre, que se reflejan en la tabla 6.4.

Los efectos descritos en la tabla 6.4 están interrelacionados, con amplificación de las célulasprogenitoras de médula ósea y sangre, junto con liberación temprana de neutrófilos maduros,y se combinan para producir el aumento en el recuento de neutrófilos circulantes.

Uso clínico del filgrastimLa función normal de los neutrófilos a la hora de combatir la infección, junto con los efectos invivo del filgrastim sobre los recuentos de neutrófilos, proporcionan pistas significativas para suuso clínico: estimular la producción de neutrófilos para sustituir los neutrófilos perdidos pordiversos motivos, como quimioterapia o mieloablación.

Después de la quimioterapia

Los agentes quimioterápicos tienen efectos citotóxicos sobre todas las células en replicaciónactiva. Como se esbozó en el módulo 1, esta actividad no específica es responsable de la

. . . el control dela renovación y

diferenciación decélulas madre, y

de ladiferenciación desu progenie, hansido el centro dela investigaciónque buscabaexplotar este

sistemaclínicamente para

ayudar a laspersonas con

cáncer.

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6.24

toxicidad de estos agentes cuando se usan para tratar el cáncer. Uno de los órganos sanosafectados por la quimioterapia es la médula ósea; de hecho, la toxicidad en la médula ósea esa menudo un factor limitante de dosis para la quimioterapia. La neutropenia, el bajo recuentode neutrófilos, puede causar complicaciones peligrosas para la vida y es una causa frecuentede modificación de dosis y esquema de quimioterapia. Estas modificaciones no siempre sonsuficientes para permitir la plena recuperación de la médula ósea entre dosis de quimioterapia.

Cuando se administra filgrastim a dosis de 5–12µg/kg/día con quimioterapia a dosisconvencionales, se ha demostrado que la neutropenia se reduce y a veces se evita (figura6.11). Esto implica beneficios:

● reducir el número de infecciones que el paciente experimenta

● reducir la necesidad de antibióticos

● disminuir la duración de la hospitalización

● poder administrar la quimioterapia según esquema.

El filgrastim también se usa para permitir mantener la dosis de quimioterapia e intensificar ladosis, es decir aumentar la cantidad de quimioterapia administrada por unidad de tiempo. Esespecialmente importante, ya que se sabe que la administración de dosis de quimioterapiasubóptimas es un factor principal a la hora de reducir la eficacia del tratamiento. El soportecon filgrastim también ha demostrado que permite aumentar la dosis de quimioterapia entre1,3–2 veces, en comparación con los pacientes que no reciben terapia con citocinas, lo quepuede aumentar la eficacia del tratamiento.

Después del trasplante de médula ósea

Los pacientes que reciben trasplantes de médula ósea sufren un proceso llamadomieloablación, en que el sistema inmunitario se destruye deliberadamente antes delprocedimiento, para evitar reacciones inmunológicas al trasplante. Este estado gravementeinmunocomprometido produce morbilidad y potencialmente mortalidad. El filgrastim se hausado con éxito para disminuir la duración de la neutropenia en estos pacientes, con

La neutropenia, elbajo recuento deneutrófilos, puede

causarcomplicaciones

peligrosas para lavida . . .

El filgrastimtambién se usapara permitir

mantener la dosisde quimioterapiae intensificar la

dosis . . .

1

10

100

0 7 14 21 28 35 42

Time (days)

AN

C (x

109 /L

)

CT CT CTCT Chemotherapy (doxorubicin)

75mg/m2 (with filgrastim)75mg/m2 (control)

Figura 6.11. Gráfico ilustrativo de las respuestas de neutrófilos a filgrastim en pacientes tratados condoxorubicina. RAN, recuento absoluto de neutrófilos.

6

6.25

beneficios clínicos similares a los observados después de la terapia en pacientes que se hansometido a quimioterapia.

Movilización de células progenitoras en sangre antes del tratamiento

La recolección de células progenitoras de la sangre periférica y su re-infusión después de laterapia, denominada trasplante de células madre de sangre periférica (TCMSP) es un métodoestablecido para ayudar a la recuperación de pacientes con trastornos malignos no mieloidesdespués de una quimioterapia intensiva. Se ha demostrado que el uso de filgrastim(5–10µg/kg/día) para movilizar las células progenitoras a la circulación aumenta el númerode células extraídas, lo que conlleva una recuperación acelerada de neutrófilos (figura 6.12).Este procedimiento puede usarse tanto en los pacientes, para conseguir una fuente autóloga decélulas, como en donantes normales, para proporcionar células que puedan usarse comoxenoinjerto.

101

102

103

104

105

100

0 2 4 6 8 10

Range obtained incultures of peripheralblood cells

Mean of bonemarrow cultures

Duration of culture (weeks)

GM

-CFC

/cul

ture

Figura 6.12. Movilización de céluals progenitoras en sangre por filgrastim.

Historia clínica – G-CSF

John Woodhouse es un varón de 34 años, ejecutivo de cuentas, que previamente se sentíabien, hasta septiembre del 2000. Visitó a su médico de cabecera, con historia de un mesde sudor nocturno, pérdida de peso de 6–7 kg, síntomas de anemia e infección del tractourinario, que se trató con penicilina. Su médico general pidió una analítica con recuentogeneral, con resultados Hb 8.6, leucocitos 5.2 y plaquetas 27. En la muestra sedetectaron blastos, y los parámetros de coagulación fueron normales.

John fue derivado a una unidad oncológica especializada y se realizó un aspirado demédula ósea. La morfología mostraba un 95% de blastos y se diagnosticó LeucemiaMieloide Aguda (AML). Inmediatamente fue referido a una clínica de fertilidad paracriopreservación de esperma y recibió transfusiones de concentrados de hematíes yplaquetas para normalizar los recuentos sanguíneos. Tenía fiebre (38,8ºC) y empezó conpiperacilina/tazocina+gentamicina, antibióticos empíricos estándar para la fiebreneutropénica. También se le administraron antimicrobianos profilácticos y se le transfirió alRoyal Free Hospital de Londres para continuar su tratamiento.

. . . el uso defilgrastim

(5–10µg/kg/día)para movilizar las

célulasprogenitoras a la

circulaciónaumenta el

número de célulasextraídas, lo que

conlleva unarecuperaciónacelerada deneutrófilos.

6

6.26

Estaba aturdido por el diagnóstico y no quería demasiada información, aparte de losdetalles del tratamiento. Es hijo único, está soltero y vive con su madre, su mayor apoyoaparte de algunos amigos. Su padre murió de cáncer de colon. No fuma y bebe de 8 a10 unidades de alcohol por semana.

Al llegar al hospital, a John se le colocó un catéter tipo Hickman bajo anestesia general.Se revisaron las laminillas diagnósticas y se confirmó AML. El análisis citogenético eranormal, lo situaba en categoría de ‘riesgo estándar’ para el pronóstico. Por lo tanto se ledio toda la información acerca de las opciones de tratamiento y dio su consentimientopara participar en el ensayo UK Medical Research Council AML 12, para adultos menoresde 60 años. Este ensayo está evaluando los estándares de cuidados para la AML en elReino Unido. Prefirió seguir con el tratamiento recomendado, ya que le resultaba difícilasimilar tanta información en pocos días. El ensayo implica dos aleatorizaciones: laprimera es entre dos dosis de arabinósido de citosina (Ara-C) en un régimen llamado DAT(daunorubicina, Ara-C y tioguanina), y la segunda es entre cuatro o cinco ciclos detratamiento, con autoinjerto o quimioterapia como el último ciclo.

John fue aleatorizado al brazo de la dosis más alta, daunorubicina 50mg/m2/día, Ara-C200mg/m2/cada 12 horas y tioguanina 100mg/m2 oral cada 12 horas. Después de laquimioterapia presentaba neutropenia, como se esperaba, con un episodio febril tratadocon antibióticos empíricos. En el día 15 los neutrófilos se habían recuperado hasta>0.5x109/L. Un aspirado de médula ósea confirmó la remisión completa y se le dio elalta unos días antes de volver para iniciar el segundo ciclo de quimioterapia.

Dado que John había logrado la remisión se decidió intentar la extracción de célulasmadre de sangre periférica para su almacenamiento y posible uso futuro, bien porqueestaba aleatorizado para recibir un autoinjerto en el ensayo AML 12 o porque seleccionósu opción de tratamiento en un estadio más tardío. Pudo pedir el recuento de las célulasmadre hematopoyéticas inmaduras para estudio de la dificultad de la recuperaciónmedular. ¡Podríamos decir que fue la cosecha para un posible tiempo futuro de escasez!

Las células madre, a veces llamadas células progenitoras, son producidas en la médulaósea y son las precursoras de todas las células sanguíneas. Las células se diferencian y secomprometen para líneas celulares específicas, y finalmente se convierten en eritrocitos,macrófagos, granulocitos o linfocitos. Cada célula madre tiene el potencial de sercualquier tipo de célula sanguínea. Estas células son esenciales para el trasplante decélulas madre (TCM) o de médula ósea, ya que generan nueva médula ósea y célulassanguíneas. A menudo es difícil extraer estas células de forma periférica en pacientes conAML, ya que las células pueden estar dañadas por la quimioterapia previa para laenfermedad.

El G-CSF se produce de forma natural en el cuerpo y actúa para estimular el crecimientode leucocitos. La tecnología de DNA ha permitido elaborar este factor de crecimientocomo producto recombinante. El filgrastim (r-metHuG-CSF) es un líquido claro e incolorodisponible para inyección en viales individuales de 300 (1mL) o 480µg (1,6mL), enjeringas preparadas de un solo uso para permitir a los pacientes o cuidadores administrarel fármaco en casa. Su mayor eficacia se consigue como inyección subcutánea. Sinembargo, si este método de administración tiene cualquier contraindicación, puedenañadirse 50mL de suero fisiológico y administrarse como infusión intravenosa (central o

6

6.27

periféricamente) durante 10-–30 minutos, o puede añadirse como bolo a un catéter consuero. Los posibles efectos secundarios incluyen dolor en los huesos, dolor articular,mialgias, síntomas parecidos a la gripe y cefaleas, y son debidos al elevado número deleucocitos periféricos y a la capacidad del G-CSF de estimular el desarrollo de célulasextra en la médula ósea. El filgrastim está indicado para su uso en neutropenia inducidapor quimioterapia, reduciendo el número de días de neutropenia y reduciendo así elriesgo de infección, y para la movilización de células madre en la sangre periférica depacientes y donantes normales.

A John se le administró filgrastim (300µg) en inyección subcutánea, bajo la pielabdominal, empezando el día 7 después del final del ciclo de quimioterapia. Toleró bienlas inyecciones, sin enrojecimiento o reacciones localizadas. En ese momento el recuentode leucocitos era 0.7x109/L (valores normales 3.7–9.5x109/L), con recuento deneutrófilos 0.1x109/L (valores normales 1.7–7.5x109/L). Los efectos secundarios fueronmínimos e incluían leve dolor articular, que alivió con paracetamol 1g, al día 6 deadministración. En ese momento el recuento de leucocitos subía y había alcanzado 8.8x109/L, con neutrófilos 8.1x109/L. Al día siguiente los leucocitos estaban en 14.6 x109/L.

El marcador que habitualmente se encuentra en las células madre es el CD34, y la sangreperiférica puede monitorizarse para detectar cifras en aumento de células CD34-positivas.Cuando el recuento llega a 20µL o más, los pacientes empiezan su primera leucoaféresis,según la práctica local. La leucoaféresis es la extracción de leucocitos de la sangre. En eldía 8 se midió el nivel de CD34 periférico, que era 70.6µL. Por lo tanto, John fueconectado a la máquina de leucoaféresis, usando la conexión de ambas luces de sucatéter tipo Hickman. La sangre sale por una luz, gira en una centrífuga y se recogen losleucocitos. El resto de la sangre se mezcla y regresa por la otra luz. El procedimiento duróaproximadamente 4 horas y John no sufrió efectos adversos, excepto un ligero hormigueoen los labios y las puntas de los dedos. Se debía a la hipocalcemia causada por laadición de ácido citrato dextrosa a la sangre para evitar su coagulación en la máquina.La toxicidad del citrato es un efecto secundario habitual de la leucoaféresis.

Este procedimiento proporcionó una cantidad adecuada de células madre (3.8x106/kgcélulas CD34-positivas), más que suficientes para un trasplante de células madreperiféricas. Las células se criopreservaron y se almacenaron para su uso futuro si John lasrequería. John pudo volver a casa después del proceso y volverá al hospital dentro de unasemana para el tercer ciclo de quimioterapia. Quizás no necesite las células madre enningún estadio, pero si lo hace, fue ventajoso que se movilizara tan bien y conseguir asítantas células. Un recuento elevado de CD34 puede permitir un crecimiento más rápidodel trasplante sobre la médula ósea.

ResumenEl G-CSF es una citocina que tiene un rol a la hora de controlar la hematopoyesis,específicamente la maduración de neutrófilos, que están implicados en la respuestainmunológica a la infección y el daño tisular. Los neutrófilos también son uno de loscomponentes celulares del sistema inmunitario, y son eliminados por la quimioterapia debido asus efectos no específicos sobre las células en replicación activa. Por lo tanto, la capacidad depromover la recuperación de neutrófilos después de la quimioterapia es clínicamente importante.

DRAF

T

6

6.28

Se ha demostrado que el filgrastim G-CSF recombinante es eficaz para promover larecuperación de neutrófilos. Sin embargo, como indican los ejemplos de usos clínicos defilgrastim, es una terapia de soporte que no tiene actividad antineoplásica directa. Así, másque actuar para destruir o suprimir las células cancerosas, el filgrastim corrige algunos de losproblemas creados por las terapias usadas para tratar el cáncer. Además, sus efectos nohacen diana específicamente en una anormalidad tumoral, sino que suma sus efectos a los delG-CSF que se da de forma natural.

Historia clínica 2: IL-2 recombinante, un agente biológico nodireccionado con actividad antitumoral

La IL-2 recombinante se usa para estimular el sistema inmunitario y tiene actividad antitumoralen el cáncer de células renales metastásico y el melanoma. La IL-2 recombinante no es unaterapia biológica de soporte como el filgrastim, pero como indican los detalles siguientes,tampoco es una terapia biológica direccionada.

La actividad de la IL-2La IL-2 es una citocina que tiene funciones en el control de la respuesta inmunológica, pero quees especialmente importante para la activación de células T específicas. Estimula laproliferación de células T (figura 6.13) y también activa las células natural killer. Habitualmentees liberada por las células T después de su activación por antígenos en presencia de factoresco-estimuladores.

La estimulación de la proliferación de células T por IL-2 va seguida de expansión clonal ydiferenciación de células T para producir células efectoras y células con memoria (célulasinmunológicas que ‘recuerdan’ el antígeno y que pueden ser fácilmente inducidasposteriormente). Estas son las células con actividad inmunológica específica y garantizan quese mantenga la respuesta inmunológica a un antígeno concreto.

La IL-2 como terapia antitumoralEl cuerpo humano organiza una respuesta inmunológica a las células tumorales. Sin embargo,esta respuesta habitualmente es limitada porque las células tumorales no tienen características

Se ha demostradoque el filgrastim

G-CSFrecombinante es

eficaz parapromover la

recuperación deneutrófilos.

La IL-2recombinante se

usa para estimularel sistema

inmunitario y tieneactividad

antitumoral en elcáncer de células

renalesmetastásico y el

melanoma.

Activation

T helper cell

TH

Proliferation

IL-2

TH

TH TH

TH

THTH

Figura 6.13. Proliferación de células T estimuladas por IL-2.

DRAF

T

6

6.29

Complete response (n=21)

Partial response (n=22)

Pro

por

tion

resp

ond

ing

Time (months)

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144

1.0

0.9

0.8

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0

Figura 6.14. Las respuestas completas a la terapia con IL-2 en pacientes con cáncer de células renalesson a menudo de larga duración. Reproducido con autorización de Rosenburg et al. Ann Surg1998;228:307–19.

específicas, necesarias para desencadenar una respuesta completa. Una forma de potenciar larespuesta inmunológica a células tumorales es añadir o sustituir los factores que no se producenen respuesta a la presencia de células tumorales. Uno de estos factores es la citocina IL-2.

La capacidad de producir grandes cantidades de IL-2 purificada se consiguió cuando el gen IL-2 fue clonado, insertado y expresado en la bacteria Escherichia coli. Se demostró que laadministración de esta forma recombinante purificada de IL-2 en modelos animales era capazde estimular la proliferación de células T y la regresión tumoral.

Los usos clínicos aprobados de la IL-2 actualmente están limitados al melanoma maligno y alcáncer de células renales, tipos de tumor que se sabe son débilmente inmunogénicos y por lotanto susceptibles a una mejor reactividad inmunológica. Las tasas de respuesta a lamonoterapia con IL-2 se sitúan entre el 15–25% en pacientes con melanoma según el régimende dosis utilizado y las características del paciente. Se han observado tasas de respuesta dehasta el 50% cuando la IL-2 se usa en combinación con otros agentes, como quimioterapia. Enpacientes con cáncer de células renales, se han obtenido tasas de respuesta de hasta el 23%al agente único IL-2. Esta tasa de respuesta es similar a la de algunos agentes quimioterápicosusados para tratar esta enfermedad y las respuestas son habitualmente a largo plazo (figura6.14).

Estos beneficios se han obtenido usando un régimen de bolo a altas dosis de IL-2(600.000–720.000 IU/kg en infusión cada 8 horas en hasta 10 ciclos y repetidos después de7–10 días). Los regímenes en bolo con dosis menores (72.000 IU/kg) parecen sersignificativamente menos eficaces. Sin embargo, el régimen a altas dosis produce efectossecundarios importantes (tabla 6.5), y la mayoría de los pacientes presentan fiebre y hasta el35% hipotensión. Muchos de estos efectos secundarios se deben a los efectos no específicosde la IL-2 sobre el sistema inmunitario. Por ejemplo, la IL-2 induce citocinas proinflamatorias,que se cree desempeñan un rol principal en la toxicidad asociada a IL-2. Aunque los efectossecundarios pueden tratarse a menudo con la terapia adecuada, se están investigandointervenciones y regímenes que puedan mejorar la seguridad de este agente. Estos incluyen

Las tasas derespuesta a la

monoterapia conIL-2 se sitúan entre

el 15–25% enpacientes conmelanoma . . .

. . . la IL-2 inducecitocinas

proinflamatorias,que se cree

desempeñan unrol principal en la

toxicidadasociada a IL-2.

DRAF

T

6

6.30

administración subcutánea (2–30 millones IU/m2/día, 5 o 6 días cada semana), que hastaahora no ha conseguido proporcionar la eficacia de la administración en bolo a altas dosis,pero que se tolera mejor, y la infusión intravenosa continua (7.000–50.000 IU/kg/hora), queparece tener una eficacia reducida a dosis menores y produce una eficacia similar perotambién una toxicidad similar a dosis mayores.

Historia clínica –IL-2

Peter Brown es un varón de 46 años; hace poco se le ha diagnosticado carcinoma decélulas renales (CCR). En el momento del diagnóstico se observó una masa de 6x10 cmque surgía del riñón derecho y depósitos metastásicos en ambos pulmones. El señorBrown fue remitido a un oncólogo, que decidió que el tratamiento más apropiado en esteestadio era la IL-2.

Después de hablar con el oncólogo, Peter habló con la enfermera clínica especialista quetrató con él el esquema de tratamiento y los efectos secundarios que podían esperarse.También se le aconsejó acerca de la mejor manera de ayudarse a sí mismo durante eltratamiento. Estos consejos incluían información acerca de la ingestión de líquidos yalimentos, ya que la anorexia es frecuente en el tratamiento con IL-2. Además, se leexplicó cómo tratar las náuseas y se le aconsejó acerca de los cuidados de la piel. Unefecto secundario habitual de la IL-2 es piel seca, escamosa y acompañada de prurito. Sele prescribió una crema emoliente y un emoliente hidrosoluble para añadir al agua queutilizara para lavarse, lo que ayudaría a mantener la piel bien hidratada y evitaríaúlceras, grietas y descamación seca. En caso de prurito, a Peter se le prescribiría unacrema acuosa con mentol y un antihistamínico.

Tabla 6.5. Efectos secundarios de la terapia con IL-2.

Síndrome de extravasación (edema generalizado, aumento de peso, congestión pulmonar,hipotensión, derrame pleural, ascitis).

Fiebre y escalofríos

Deterioro de la función cardíaca

Toxicidad renal

Anorexia

Náuseas y vómitos

Diarrea

Glositis y estomatitits

Toxicidad hepática

Cambios de comportamiento y trastornos del sueño

Mialgia y artralgia

Eritema

Anemia

Infección

DRAF

T

6

6.31

ResumenLa IL-2 es una citocina que se da de forma natural con una variedad de efectos sobre elsistema inmunitario. En relación a su rol como terapia antitumoral, el más importante de elloses la activación de células T. Se sabe que las células T tienen un rol en la respuestainmunológica organizada frente a ciertos tumores. Sin embargo, esta respuesta es limitadaporque las células tumorales no estimulan completamente todos los componentes esenciales dela respuesta. Uno de los componentes que falta es la IL-2.

Se ha demostrado que la administración de IL-2 recombinante estimula una respuesta completade células T a tumores débilmente inmunogénicos, como el melanoma y el cáncer de célulasrenales. Esto produce respuestas en hasta un 25% de los pacientes, muchas de las cuales sonduraderas. Sin embargo, dado que la IL-2 recombinante produce los mismos efectos que la IL-2natural, la terapia se asocia con una amplia gama de efectos secundarios, relacionados conlos efectos de la IL-2 sobre otras vías de citocinas y componentes del sistema inmunitario. Estafalta de especificidad significa que quizás no se ha realizado todo el potencial de la IL-2recombinante debido a limitaciones de dosis. A pesar de ello, la IL-2 recombinante tiene unaactividad antitumoral significativa y útil, y un rol importante en el tratamiento del cáncer decélulas renales.

Antes de empezar la infusión de IL-2, se realizaron observaciones de línea de base detemperatura, pulso, frecuencia respiratoria, tensión arterial y presión venosa central (PVC),que se repitieron cada 4 horas. Además se midió toda la ingestión y expulsión de fluidosy se registraron en un gráfico de balance de fluidos. Se comunicó a Peter la necesidad deuna monitorización cuidadosa para garantizar la detección y el tratamiento precoz de losefectos secundarios.

Al empezar la infusión de IL-2 se le administró un antiinflamatorio no esteroideo oral, quese administra como profiláctico para la fiebre, y se mantuvo el fármaco durante toda lainfusión. Unas dos horas después del inicio del tratamiento, se quejó de frío y tiritaba. Sutemperatura era de 36ºC. El temblor se intensificó (rigor) y, al persistir más de 20 minutos,se administraron 12,5mg de petidina i.v., lo que rápidamente hizo terminar el rigor,después de lo cual se observó que la temperatura había aumentado a 38,5ºC. Seadministró paracetamol 1g para hacer bajar la temperatura.

El día 3 del tratamiento, la cara de Peter tenía un aspecto hinchado y se quejaba de quela ropa le apretaba. Su peso había aumentado >5% en las últimas 24 horas y el gráficode balance de fluidos mostró que había un balance positivo de 3 litros con un descensoen la excreción de orina. La hipotensión era leve (100/60mmHg) y la taquicardia era de105 latidos por minuto. La PVC era de 1cmH2O (valores de referencia 5–8cmH2O). Sedecidió que sufría síndrome de extravasación capilar y que su fluido intravascular seencontraba depleccionado. Se revisaron los análisis de sangre de ese día y revelaronniveles elevados de urea y niveles disminuidos de albúmina en suero, lo que apoyaba eldiagnóstico. Se prescribieron 200mL de solución de albúmina concentrada (albúmina20%), que se administró durante 1 hora, después de lo cual la PVC había aumentado a4,5 cmH2O y la tensión arterial había aumentado a 130/80mmHg. La excreción de orinaaumentó y se mantuvo. La infusión se completó el día 5 sin más efectos secundariosgraves.

DRAF

T

6

6.32

Historia clínica 3: Terapia con anticuerpo monoclonalhumanizado anti-HER2, un agente antitumoral biológicodireccionado a oncogen

El anticuerpo monoclonal humanizado anti-HER2 Herceptin® se desarrolló de forma racionalpara hacer diana en el oncogen HER2, que se sabe participa en el desarrollo de una variedadde cánceres. Los ensayos clínicos han demostrado que Herceptin® es eficaz en el tratamientodel cáncer de mama metastásico HER2-positivo, produciendo aumentos significativos en laduración de la supervivencia global.

Base lógica para hacer diana en el HER2Como se describe en el módulo 3, el HER2 es un protooncogen que codifica un receptor de lasuperficie celular con actividad estimuladora del crecimiento. La amplificación de este gen y laconsiguiente sobreexpresión de la proteína que codifica (positividad HER2) se dan en estadiosprecoces del desarrollo del cáncer de mama, pero no afectan las células normales.

Las células HER2-positivas muestran muchos de los rasgos de las células tumorales, incluyendocrecimiento celular sin regular, aumento de la síntesis de DNA y aumento del potencialmetastásico, probablemente debido a un aumento de la señalización de crecimiento. Además,aproximadamente el 20% de mujeres con cáncer de mama HER2-positivo:

● tienen un pronóstico desfavorable, con una supervivencia global reducida

● presentan respuestas alteradas a terapias habitualmente utilizadas para el cáncer demama, como antraciclinas y tamoxifeno.

Estas observaciones indican que la positividad HER2 tiene un rol clave en la patogénesis delcáncer de mama y que es posible que el bloqueo de la actividad del gen HER2 en célulastumorales usando agentes direccionados tenga efectos antitumorales directos sin afectar lascélulas normales. Por eso el HER2 representa un agente terapéutico nuevo e importante.

Desarrollo de una terapia direccionada a HER2Antes del desarrollo de Herceptin® numerosos estudios habían demostrado que los anticuerposmonoclonales anti-HER2 podían inhibir el crecimiento de tumores y células que expresabanaltos niveles de HER2. Al desarrollar un agente para uso clínico, los anticuerpos monoclonalesanti-HER2 eran una elección lógica. Se seleccionó un anticuerpo monoclonal con una potenteactividad antitumoral para un mayor desarrollo. Se demostró que este anticuerpo, el anticuerpomonoclonal murino 4D5, tenía efectos antiproliferativos específicos para células HER2-positivas; las células HER2-negativas eran insensibles al 4D5. Pero el 4D5 es un anticuerpomurino. Como se describió en el módulo 5, el sistema inmunitario humano reconoce estosanticuerpos como extraños y los neutraliza. Por lo tanto, había que identificar una forma deevitar esta respuesta.

Se usaron técnicas de DNA recombinante para sustituir todas las secuencias del 4D5, exceptola de reconocimiento de HER2, por secuencias humanas (véanse figuras 6.2 y 6.3). El genrecombinante se expresó en una línea celular animal que secreta el anticuerpo monoclonalhumanizado resultante en su medio de cultivo. El anticuerpo monoclonal humanizado seconoce como anticuerpo monoclonal humano recombinante (rhuMAb) HER2, trastuzumab oHerceptin®, es 95% humano y sólo 5% murino, lo que evita el problema de las respuestasinmunológicas, ya que el anticuerpo monoclonal ya no es reconocido como una proteínaextraña. Herceptin®:

El anticuerpomonoclonal

humanizado anti-HER2 Herceptin®

se desarrolló deforma racional

para hacer dianaen el oncogen

HER2 . . .

. . . el HER2representa un

agente terapéuticonuevo e

importante.

DRAF

T

● se une al HER2 tres veces más fuertemente que el 4D5

● evita eficazmente la proliferación de líneas celulares HER2-positivas

● no afecta la proliferación de líneas celulares HER2-negativas

● inhibe el crecimiento de tumores HER2-positivos en ratones en un 50%

● intensifica los efectos de agentes quimioterápicos, debido a interacciones positivas entre elnuevo mecanismo de acción de Herceptin® y estos agentes.

Selección de pacientes para la terapia con Herceptin®

La experiencia preclínica con Herceptin® demostró que sólo tiene efectos sobre las célulasHER2-positivas. Ello indica que Herceptin® sólo será eficaz contra tumores HER2-positivos,introduciendo en la práctica clínica el concepto de direccionar específicamente un tumor. Asísurgió la necesidad de identificar tumores HER2-positivos, susceptibles de responder a laterapia con Herceptin®. Establecer el status HER2 es un pre-requisito para la terapia conHerceptin®. Es importante porque diferencia la terapia con Herceptin® del tratamiento confilgrastim o IL-2, para los cuales no se necesitan criterios de selección de pacientesrelacionados con la diana terapéutica. Las principales técnicas usadas para establecer el statusHER2 son la inmunohistoquímica (IHC) y la hibridación in-situ por fluorescencia (FISH) (véasemódulo 5).

Experiencia clínica con Herceptin®

Los primeros ensayos clínicos con Herceptin®, como monoterapia y en combinación concisplatino, en mujeres con cáncer de mama metastásico HER2-positivo intensamente pretratado,demostraron que podían obtenerse respuestas tumorales y que el tratamiento era bien tolerado.Además, las pacientes no desarrollaron anticuerpos neutralizadores de Herceptin®.

Estos estudios fueron la base para desarrollar extensos ensayos clínicos de Herceptin®.Actualmente se han desarrollado dos ensayos pivotales:

● un ensayo de fase II de monoterapia con Herceptin® en mujeres con cáncer de mama HER2-positivo que han recibido uno o dos regímenes de quimioterapia previa para enfermedadmetastásica (HO649g)

● un ensayo de fase III aleatorizado de paclitaxel o antraciclina/ciclofosfamida con o sinHerceptin® como terapia de primera línea para el cáncer de mama metastásico HER2-positivo (HO648g).

En el primero de estos ensayos Herceptin® consiguió tasas de respuesta del 18% y el 21% enpacientes fuertemente HER2-positivas con IHC y HER2-positivas con FISH, respectivamente. Laduración de la supervivencia era de 16,4 meses en ambos casos (figura 6.15).

En el ensayo pivotal de fase III se demostró que la adición de Herceptin® a la quimioterapiamejoraba de forma significativa los resultados de las pacientes. Se observaron tasas derespuesta de hasta el 60% cuando se añadía Herceptin® a la quimioterapia. Sin embargo, fueespecialmente notable que Herceptin® mejoró la duración de la supervivencia en hasta el 45%(figura 6.16). Este nivel de beneficio en la supervivencia no se había observado con unanueva terapia para el cáncer de mama metastásico en muchos años. Así se demostró quehacer diana en el HER2 era una estrategia antitumoral eficaz.

Como ya hemos mencionado, la terapia con IL-2 tiene actividad antitumoral pero producevarios efectos secundarios. En contraste, el efecto secundario más habitual de Herceptin® es

6

6.33

La experienciapreclínica con

Herceptin®

demostró que sólotiene efectos sobrelas células HER2-

positivas.

Los primerosensayos clínicoscon Herceptin®

demostraron quepodían obtenerse

respuestastumorales y que el

tratamiento erabien tolerado.

Herceptin® mejoróla duración de lasupervivencia en

hasta el 45%.

DRAF

T

6

6.34

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

00 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45

Pro

bab

ility

Time (months)

n=166

16.4 months

Figura 6.15. La duración de la supervivencia de pacientes con cáncer de mama metastásicofuertemente HER2-positivo tratadas con monoterapia con Herceptin®.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Pro

bab

ility

of s

urvi

val

Time (months)

Herceptin®

+ CT

CT alone

p<0.05

45%

Figura 6.16. Añadir Herceptin® a quimioterapia de primera línea aumenta la duración de lasupervivencia en mujeres con cáncer de mama metastásico.

fiebre de leve a moderada y escalofríos que se dan con la primera dosis en alrededor del 40%de las pacientes (figura 6.17). Otros efectos secundarios eran mucho menos frecuentes,también asociados con la primera dosis, y generalmente de gravedad leve a moderada. Losefectos secundarios no tienden a recidivar con las dosis siguientes de Herceptin®. Es importanteque Herceptin® no produjo efectos secundarios como náuseas y vómitos graves, alopecia oexpresión hematológica, que son un rasgo de las acciones no específicas de los agentesquimioterápicos citotóxicos.

Los únicos efectos adversos graves observados con Herceptin® han sido un aumento inesperadoen la incidencia de toxicidad cardíaca y reacciones graves poco frecuentes relacionadas conla infusión. Las últimas se han dado en mujeres con compromiso respiratorio grave relacionadocon la neoplasia, que habitualmente sólo reciben terapia paliativa, y en la mayoría de los

6

6.35

Historia clínica – Herceptin®

El 28 de abril de 1996, Gill Harris, una mujer casada de 36 años con cáncer de mama,se hundió cuando durante una visita le dijeron que el cáncer no había respondido a laquimioterapia. Dado que se trataba de un tratamiento con segunda línea para el cáncermetastásico, las opciones de un tratamiento eficaz eran mínimas. Era comprensible queestuviera conmocionada y se encerrara en sí misma. Odiaba tener que ir al hospital,odiaba estar enferma, odiaba el cáncer y se odiaba a sí misma. Sólo quería estar en casacuidando de su hija de tres años y medio y disfrutar los placeres de la vida familiar.

En aquel momento Genentech, Inc realizaba un estudio abierto multinacional fase III delanticuerpo monoclonal anti-HER2 humanizado recombinante, Herceptin®, en pacientes contumores HER2-positivos que habían recidivado después de dos regímenes dequimioterapia citotóxica para cáncer de mama metastásico.

Después de informarla sobre el ensayo, a Gill le dieron un folleto informativo para que loleyera en casa con su marido. Le aconsejaron que volviera la semana siguiente concualquier pregunta, momento en el que se conocería su status HER2.

0 10 20 30 40 50 60

Grade 3/4 myelosuppression

Peripheral neuritis

Infection

Myalgia

Paraesthesia

Alopecia

Percentage of patients

Herceptin®

Paclitaxel

Flu syndrome

Fever

Heart failure

Figura 6.17. Herceptin® produce diversos efectos secundarios, la mayoría de los cuales son degravedad leve a moderada y que difieren de los de la quimioterapia.

casos son manejables. La cardiotoxicidad parece estar relacionada principalmente con el usoconcomitante o previo de antraciclina, que se sabe causa cardiotoxicidad, y es posible queHerceptin® interfiera en la reparación de los daños cardíacos inducidos por antraciclinas. Sinembargo, la cardiotoxicidad es tratable con terapia médica estándar y el resultado de laspacientes es similar tanto si Herceptin® se retira como si se continúa.

Basándose en estos hallazgos y reconociendo la selectividad de Herceptin® para tumores demama con altos niveles de HER2, Herceptin® está aprobado para el tratamiento de mujeres concáncer de mama metastásico fuertemente HER2-positivo como:

● terapia de primera línea en combinación con paclitaxel

● monoterapia en mujeres que han recibido anteriormente antraciclinas y taxanos.

Herceptin® estáaprobado para el

tratamiento demujeres con

cáncer de mamametastásico

fuertemente HER2-positivo.

6

6.36

El departamento de histopatología determinó que el tejido de mama primario de Gill erafuertemente HER2-positivo.

Gill volvió la semana siguiente con varias preguntas, sobre todo acerca del régimen detratamiento y sobre cómo encajaría en su vida familiar. Su estado emocional seguíaestando hundido y en principio no se mostraba comunicativa. Clínicamente, elperformance status índice Karnofsky (IK) de Gill era del 80% y a pesar de la carga de suenfermedad, con depósitos secundarios en diversos lugares óseos, la piel (tórax) y tresgrandes lesiones hepáticas, sus únicos síntomas eran una fatiga leve y un estado de humorgeneral bajo, con pensamientos pesimistas frecuentes acerca del futuro. Se le ofreciócounselling, pero lo rechazó.

Fue obtenido el consentimiento informado y Gill fue programada para quimioterapia pararecibir su tratamiento al día siguiente. Se le recordó que los principales efectossecundarios esperados con la dosis de carga serian escalofríos y/o rigidez, y que por esose recomendaba por lo menos una hora y media de tratamiento.

Cuando llegó al hospital de día, Gill estaba comprensiblemente nerviosa por recibir laprimera dosis de Herceptin®, pero se le aseguró que una enfermera estaría presentedurante el proceso. Se le administró pre-medicación de 1g de paracetamol una hora antesde la infusión y se observaron sus signos vitales, todos normales. Se le pidió que setendiera en una camilla durante la venoclisis, y debía quedarse allí durante el tratamiento.

A las 3pm el Herceptin® disuelto en 250mL de solución de cloruro sódico se conectó a unsistema de infusión en Y; en la otra línea había una bolsa de 500mL de solución decloruro sódico para utilizar como irrigación. Se inició la infusión a una ritmo uniformepara que durara una hora y media. A los 20 minutos Gill dijo que sentía mucho frío; sutemperatura había caído a 35ºC. Se interrumpió la infusión de Herceptin® y se dejó correrla irrigación con solución de cloruro sódico. Le dieron a Gill una sábana especial ysábanas de lana adicionales para intentar aliviar los escalofríos. Sin embargo, empezó atiritar y dijo que cada vez sentía más frío. A los 5 minutos el temblor empeoró, era másexagerado y generalizado. Se administraron 12,5mg de Petidina intravenosa. Cincominutos después, el rigor persistía y se administraron 12,5mg más de Petidina intravenosa.Varios minutos más tarde el temblor empezó a disminuir, y al final desapareció. Sereinició el Herceptin® después de un intervalo de 30 minutos y la infusión siguió durante 1hora 10 minutos. Cada 30 minutos se comprobaban la temperatura, el pulso, larespiración y la tensión arterial, durante todo el tratamiento y 1 hora después.

Finalmente el marido de Gill la recogió y se les aseguró que era poco posible que lostratamientos de las semanas siguientes, con la mitad de la dosis, produjeran los mismossíntomas.

En la 3ª semana, Gill había cambiado de forma radical; de ser una persona reticente, sinsonrisa, pesimista, había pasado a ser una persona feliz, entusiasta, con unas ganasenormes de vivir. Su IK había aumentado del 80% al 100%. En aquel momento laslesiones cutáneas eran observables pero no mesurables.

En la 8ª semana, todas las lesiones mesurables fueron evaluadas como respuesta aHerceptin®. Las lesiones cutáneas eran aún menos observables y las hepáticas habíandisminuido en más del 50%, una respuesta parcial. Las lesiones óseas eran estables.

DRAF

T

6

6.37

Hacia la semana 16, todas las lesiones cutáneas habían desaparecido por completo,junto con dos lesiones hepáticas. Gill estaba exultante! Hacía poco había vuelto atrabajar y toda la familia estaba contenta.

En la semana 36, Gill empezó a quejarse de un ligero dolor de huesos en la caderaizquierda.

En la semana 48, un escáner óseo reveló nuevas lesiones óseas, que significabanenfermedad progresiva. Se interrumpió el Herceptin®.

Gill empezó a recibir radioterapia paliativa en lass localizaciones óseas dolorosas.

Finalmente desarrolló enfermedad progresiva en el cerebro y murió trágicamente ennoviembre de 1997.

Aunque esta historia tiene un final triste, cuando observamos los hechos con perspectivapodemos apreciar y comprender cómo la paciente y su familia pudieron beneficiarse dela terapia con Herceptin®. En primer lugar, Herceptin® atacó visiblemente los focos deenfermedad metastásica. A medida que la carga de la enfermedad disminuía, los nivelesde energía de Gill aumentaban.

En segundo lugar, a excepción de los escalofríos y el rigor de la dosis inicial de carga, nose dieron otros efectos adversos. No hubo alopecia, malestar o fatiga, síntomas frecuentesen pacientes que reciben quimioterapia.

Lo más importante, de todas formas, era la calidad de vida que Gill y su familiadisfrutaron juntos durante casi un año. Lo más conmovedor es que la hija de Gill conoceráel dolor de la pérdida de su madre, aunque por lo menos tendrá recuerdos concretos deella, sana y sonriente, llevándola a la escuela en su importantísimo primer día de vidaescolar.

. . . direcciona laterapia se evitaexponer a lospacientes a

terapiainnecesaria y

también asegurael uso óptimo de

Herceptin®.

ResumenHerceptin® tiene una actividad antitumoral directa frente a una población específica de células:las que son HER2-positivas. Dado que las células normales no son HER2-positivas, eso significaque Herceptin® sólo tiene efectos frente a células tumorales HER2-positivas, lo que tieneimplicaciones para el tratamiento de los pacientes.

Todos los pacientes con cáncer considerados para terapia con Herceptin® deben tenerestablecido el status HER2 del tumor. Sólo aquellos cuyos tumores se demuestre que sonfuertemente HER2-positivos serán elegibles para terapia, lo que garantiza que sólo seantratados con Herceptin® los pacientes con tumores con posibilidades de responder a la terapia.Esta terapia direccionada evita exponer a los pacientes a terapia innecesaria y tambiénasegura el uso óptimo de Herceptin®. Además, generalmente Herceptin® se tolera muy biendebido a su especificidad tumoral.

Es importante observar que este tipo de terapia direccionada es un nuevo desarrollo en laterapia oncológica con agentes biológicos. Las terapias como el filgrastim y la IL-2 obviamentetienen roles muy importantes en el tratamiento eficaz de una variedad de tipos de tumor.Además, el potencial de las interleucinas y los interferones en la terapia oncológica aún no seha realizado por completo. Sin embargo, todos estos agentes tienen efectos estimuladores delsistema inmunitario generalizados que se manifiestan como actividad antitumoral y no efectosantitumorales específicos. En contraste, agentes como Herceptin® tienen una actividad

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6

6.38

antitumoral directa y direccionada al tumor. Esta direccionalidad representa un avanceimportante en el desarrollo de terapias biológicas que se basa en el conocimiento ganado conel uso de agentes biológicos no direccionados.

Conclusiones

Las terapias biológicas para el tratamiento del cáncer han sido el tema de una intensainvestigación durante las ultimas décadas debido a su potencial de una mejor eficacia ytolerabilidad. Muchos de los avances realizados son el resultado de las técnicas de DNArecombinante que permiten manipular la composición genética de las células. Esto hafacilitado la manipulación de virus y plásmidos para producir antígenos cancerosos queestimulan una respuesta inmunológica cuando se administra el virus o plásmido; la producciónin vitro de grandes cantidades de citocinas puras, anticuerpos y otras moléculasinmunológicas; y la ingeniería genética de células humanas que pueden reintroducirse paraestimular la respuesta inmunológica a un tumor.

A pesar de las muchas aproximaciones investigadas como terapias antitumorales, hasta elmomento sólo las terapias con citocinas y anticuerpos monoclonales se han introducido en lapráctica clínica. Es esencial observar que los efectos de las citocinas no se limitan a las célulastumorales, sino que estimulan el sistema inmunitario y tienen efectos distintos a los requeridospara la actividad antitumoral. Esto lo ilustran tanto el amplio abanico de efectos secundariosobservados en la terapia con citocinas como su uso en una gran variedad de enfermedadesdistintas al cáncer.

En contraste, los anticuerpos monoclonales se direccionan hacia un antígeno concreto. Con lasmejoras en nuestra comprensión de la biología tumoral, se ha reconocido que muchas célulastumorales presentan anormalidades responsables de la oncogénesis, que no se observan encélulas normales. Así se desarrolló el concepto de que hacer diana en esas anormalidadessería una manera eficaz de erradicar o suprimir el tumor. El desarrollo del anticuerpoquimérico MabThera® y del anticuerpo monoclonal humanizado anti-HER2 Herceptin® hademostrado que este concepto puede traducirse en beneficios clínicos.

Posiblemente Herceptin® y MabThera® sean sólo los primeros de una nueva generación deterapias antitumorales que permitirán individualizar el tratamiento según las característicasintrínsecas del tumor. Una de las implicaciones de esta tendencia será el uso cada vez mayorde pruebas específicas para identificar las características tumorales que puedan indicar quéterapias son más posiblemente eficaces. Los pacientes se beneficiarán, ya que la terapiadireccionada es posible que produzca mejoras en la supervivencia y en otros resultados, a lavez que disminuirá el grado de efectos secundarios actualmente asociados con la terapiaoncológica.

Herceptin® yMabThera® seansólo los primeros

de una nuevageneración de

terapiasantitumorales que

permitiránindividualizar el

tratamiento segúnlas características

intrínsecas deltumor.

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6

6.39




Terapia Resultados




Terapia genética

Terapia celular







G. Aumentar la actividad de células T, células natural killer y macrófagos, favoreciendo laeliminación de células cancerosas.







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6

6.40

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T

7El futuro de las terapias biológicas

Introducción

La investigación actual está proporcionando una corriente continua de información acerca dela base genética del cáncer. Este conocimiento fue explotado primero mediante el uso deterapias no direccionadas como las interleucinas recombinantes y los interferones para tratar elmelanoma y el cáncer de células renales. Sin embargo, como ha demostrado el éxito de laterapia direccionada Herceptin® en el tratamiento del cáncer de mama metastásico HER2-positivo y MabThera® en el linfoma no Hodgkin, la investigación está definiendo una variedaden aumento de dianas para nuevas terapias. Además, la caracterización genética de lostumores mejorará nuestra comprensión de por qué los tumores se comportan de forma distintade uno a otro, lo que permitirá individualizar la terapia según las características del tumor. Esposible que esta individualización produzca mejoras en el manejo de los pacientes con cáncer,mejorando la eficacia y reduciendo la toxicidad.

También existen campos de aplicación considerables para un mayor desarrollo de los enfoquesterapéuticos biológicos, tanto nuevos como ya existentes. Muchas aproximaciones requieren unmayor desarrollo para ser clínicamente eficaces, como la terapia basada en células, la terapiagenética y las vacunas para el cáncer. Otras han demostrado ser eficaces pero están dandosus primeros pasos, como las aproximaciones con anticuerpos monoclonales. Además, unenfoque que aún no se ha considerado es la terapia direccionada a angiogénesis, el procesopor el cual los tumores crean el aporte sanguíneo esencial para su desarrollo.

Este módulo considerará algunos de estos puntos con detalle para dar una indicación delpotencial de la terapia biológica par el cáncer:

● caracterización genética de tumores

● mayor desarrollo de aproximaciones existentes

● nuevas aproximaciones: agentes anti-angiogénicos.

7.1

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7










a. La proteómica es el estudio de .................................................................................

b. La expresión de proteínas en células individuales puede estudiarse usando un sistemaque es básicamente ................................................................................................

c. Las comparaciones de expresión de proteínas entre muestras de tejido obtenidas de unpaciente individual pueden usarse para desarrollar.....................................................

d. La proteómica puede usarse de distintas maneras, incluyendo estudios de.....................

e. Las interrelaciones y la complejidad de las interacciones entre proteínas significan quees posible que la proteómica produzca información más detallada acerca de la funcióncelular que.............................................................................................................


7.2

7

5. La angiogénesis –la formación de nuevos vasos sanguíneos– es esencial para elcrecimiento del tumor. Escoja la anotación apropiada de la selección siguiente paracompletar el diagrama que identifica los acontecimientos clave que conducen a laangiogénesis y metástasis del tumor.

Factores angiogénicos Células endoteliales vasculares

Metástasis Proliferación e invasión





Tumour cells

7.3

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7

Caracterización genética de los tumores

Se sabe que los tumores presentan múltiples mutaciones genéticas y anormalidadescromosómicas, muchas de las cuales contribuyen al potencial maligno del tumor. Aunque sesabe que ciertas anormalidades, como la sobreexpresión/amplificación de HER2, desempeñanun rol importante para determinar las características de un tumor, es posible que unacombinación de defectos genéticos determine la naturaleza precisa de un tumor dado.Además, estos defectos pueden agruparse, es decir que tienden a darse en combinacionesespecíficas en ciertos tumores.

Hasta hace poco no ha sido posible examinar simultáneamente una serie extensa deanormalidades genéticas en un tumor. Sin embargo, los avances tecnológicos han hechoposible el cribado de un gran número de genes para determinar cómo se expresan en célulasnormales y enfermas, y para identificar anormalidades asociadas con la enfermedad. Seespera que esta determinación de perfiles de expresión genética revolucione el diagnóstico delcáncer y el desarrollo de fármacos antineoplásicos.

Micromatrices de DNA complementarioEl DNA complementario (cDNA) es DNA sintetizado a partir de una plantilla de mRNA. ElcDNA puede usarse para sondear DNA genómico para identificar genes. Las micromatricesson chips que contienen hasta 400.000 – 500.000 cDNA únicos. Usándolas es posible:

● identificar genes que están mutados en células tumorales

● examinar la expresión de literalmente miles de genes en un tumor, examinando el contenidode mRNA de las células tumorales

● examinar la expresión genética en condiciones diversas, como estimulación de factor decrecimiento o terapia farmacológica.

La capacidad de definir qué genes son expresados por un tumor y en qué condiciones, y cómocambia esta expresión con el tiempo tiene muchas implicaciones interesantes.

● Pronóstico. Un informe reciente ha demostrado que una micromatriz con 18.000 cDNAdiseñada para monitorizar los genes implicados en el desarrollo de linfocitos normales yanormales puede definir dos subgrupos de linfoma de células B grandes difuso. Uno deellos tenía una expresión genética característica de células B de los ganglios linfáticos y seasoció con un pronóstico relativamente bueno. El otro, con expresión genética característicade células B activadas, se asoció con un pronóstico relativamente desfavorable. El valorpronóstico era independiente de la medida pronóstica estándar.

● Estadiaje del tumor. A medida que se dispone de más información acerca de los cambiosen la expresión genética con el tiempo, se cree que se descubrirá que los patrones deexpresión están asociados con diferentes estadios del desarrollo tumoral. Esto tieneimplicaciones pronósticas, ya que el estadio de la enfermedad se relaciona con los posiblesresultados, pero también tiene un posible poder predictivo para guiar la terapia.

● Identificación de dianas terapéuticas. Permitiendo que los genes y vías importantes para latumorigénesis sean rápidamente identificados, las micromatrices desarrollarán fármacos demanera racional, es decir identificando una diana que es posible que afecte el desarrollodel cáncer y desarrollando un agente terapéutico que interactúa específicamente con ladiana, la norma.

7.4

Se sabe que lostumores presentan

múltiplesmutacionesgenéticas y

anormalidadescromosómicas,muchas de las

cuales contribuyenal potencialmaligno del

tumor.

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T

7

● Individualizar el tratamiento. La capacidad de definir subpoblaciones tumorales con perfilesde expresión genética característicos permitirá individualizar la terapia para cadapaciente. Por ejemplo, una micromatriz que permite detectar más de 1.000 mutaciones enel gen supresor de tumores p53 puede permitir a los médicos seleccionar la terapia paralos pacientes con muchos tipos diferentes de cáncer.

Así pues, el uso de micromatrices para determinar perfiles de expresión genética tiene elpotencial de proporcionar información útil en todos los estadios del diagnóstico y tratamientodel cáncer. Sin embargo, los genes sólo tienen actividad a través de las proteínas quecodifican. Las interacciones entre proteínas son complejas y controlan la expresión genética.De ahí la importancia de estudiar la expresión de las proteínas.

ProteómicaLa proteómica es el estudio de la forma, función y control de las redes de proteínas celulares.La expresión proteica es dinámica y esencial para mantener la función celular de acuerdo conla plantilla determinada por el contenido genético de la célula. Así, la proteómica se centra enla actividad y el cambio.

Examinar la expresión de las proteínas en células individuales es un proceso complejo que sólorecientemente ha sido posible, con el desarrollo de la microdisección mediante captura conláser. Esta técnica permite aislar poblaciones de células puras de regiones específicasdefinidas microscópicamente de un tejido o tumor y traspasarlas a una película, conservandointacta su morfología. El uso de matrices para inmunoensayos de proteínas, básicamente milesde anticuerpos de especificidad conocida en un chip, ha permitido medir simultáneamente laexpresión celular de miles de proteínas.

Estas técnicas, de forma parecida a las micromatrices de cDNA, permiten identificarfluctuaciones en las proteínas en tejidos sanos y malignos, y durante la progresión depremalignidad a malignidad. Comparar la expresión de proteínas entre muestras de tejido deun paciente individual puede usarse como una manera de desarrollar:

● una nueva comprensión biológica en el desarrollo del cáncer

● pruebas para nuevos marcadores diagnósticos y marcadores pronóstico

● estrategias para individualizar la terapia.

Un ejemplo de la aplicación de la proteómica es el estudio de la transducción de señal. Elfactor de crecimiento que se une a la célula causa la activación y modificación de losreceptores de proteínas en la superficie celular, es decir la respuesta inmediata se da a un nivelproteico. El receptor tiene que transmitir información al núcleo para que la célula puedaresponder a la señal. Este proceso de transmisión a menudo implica el movimiento físico de lasproteínas. En este caso, sólo cuando las señales proteicas llegan al núcleo se da una respuestagenética que implica la regulación al alza o a la baja de la transcripción genética. Sinembargo, la señalización de los receptores y las proteínas que transmiten información puedenverse afectados por otras vías proteicas que alteran el resultado final en términos detranscripción genética. Esta simple descripción demuestra que la proteómica puede llegar aproporcionar información más detallada acerca de la función celular que el estudio de laexpresión genética.

Otra aplicación de la proteómica es el estudio de cómo la terapia altera las vías deseñalización celular. Se sabe, por ejemplo, que el anticuerpo monoclonal humanizadoHerceptin® afecta la vía de señalización de HER2; pero actualmente aún no se sabe cómo esto

7.5

La proteómica esel estudio de laforma, función y

control de lasredes de proteínas

celulares.

DRAF

T

7

produce los beneficios clínicos documentados con esta terapia. El análisis de la micromatriz decDNA ya ha demostrado que Herceptin® causa cambios en los perfiles de expresión genéticadel tumor y que estos cambios difieren de los inducidos por un inhibidor de la proteína cinasa.Sin embargo, no se sabe cómo esto se relaciona con la señalización de proteínas, que es eltema de una investigación proteómica.

Mayor desarrollo de las aproximaciones existentes

A partir de la descripción de las diversas aproximaciones a la terapia antineoplásica conagentes biológicos resulta obvio que se necesita un mayor desarrollo y refinamiento antes deconseguir su pleno potencial. En algunas aproximaciones se requerirá una mejor comprensiónde cómo funcionan los sistemas afectados por la terapia y qué mecanismos fisiológicos se venafectados. En otras que ya han demostrado beneficios en la práctica clínica, como hacerdiana en el oncogen HER2 con el anticuerpo monoclonal humanizado Herceptin®, hay quedefinir el uso óptimo del agente. A continuación se esbozan los posibles desarrollos de cadauna de las aproximaciones descritas en el módulo 6.

Terapia basada en citocinasHasta el momento, la terapia con citocinas se ha usado para el soporte de pacientes quereciben terapia antineoplásica citotóxica o ha producido efectos muy generalizados en elsistema inmunitario, sólo algunos de los cuales son necesarios para los efectos antitumoralesde la citocina. Por ello muchos esfuerzos de investigación actuales se concentran en eldesarrollo de vías para restringir los efectos de las citocinas a los focos tumorales.

La forma más sencilla de restringir las citocinas a los focos tumorales es inyectar la moléculadirectamente en el tumor. Usando interleucina-2 (IL-2) se ha demostrado que esta aproximacióncausa regresión del tumor y disminuye la tasa de crecimiento en varios tipos de tumor. El efectose debe a la acumulación de macrófagos y células T, aunque estudios animales indican quetambién están implicadas respuestas inmunológicas no de células T. La inyección intratumoralde IL-2 también genera inmunidad específica para el antígeno, y los tumores distantes tambiénmuestran regresión. Otra variante de esta aproximación es el uso de liposomas, microesferas ypreparados de liberación retardada para prolongar la actividad terapéutica. También esposible diseñar vectores adenovirus para expresar citocinas, que pueden inyectarse entumores, dando lugar a liberación local de citocina.

Otra aproximación es modificar las células tumorales genéticamente, para que expresencitocinas como IL-2, interferon-α (IFN-α) y factores estimuladores de colonias, así comocombinaciones de estos agentes. La inyección de estas células en el huésped original puedeocasionar regresión tumoral y la generación de una respuesta inmunológica sistémica queconlleve la regresión de otros tumores. Probablemente sea debido a que las células tumoralesque expresan citocinas causan respuestas de linfocitos T citotóxicos.

Finalmente, con relación a las citocinas, puede conseguirse hacer diana en el tumor generandoproteínas de fusión de citocinas. El vector para proteínas de fusión es habitualmente unanticuerpo dirigido a un marcador expresado específicamente por un tumor. Hasta el momentoesta aproximación sólo se ha investigado en modelos animales.

Terapia basada en anticuerposJunto con la terapia con citocinas, las terapias basadas en anticuerpos son la únicaaproximación biológica a la terapia oncológica que han demostrado eficacia clínica. Además,con la aprobación de MabThera® y Herceptin®, la terapia basada en anticuerpos es el único

7.6

. . . las terapiasbasadas en

anticuerpos son laúnica

aproximaciónbiológica a la

terapiaoncológica quehan demostradoeficacia clínica.

El análisis de lamicromatriz decDNA ya ha

demostrado queHerceptin® causacambios en los

perfiles deexpresión

genética del tumory que estos

cambios difierende los inducidospor un inhibidorde la proteína

cinasa.

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tipo de terapia direccionada actualmente disponible clínicamente para la terapia antitumoral.Pero aún queda mucho por aprender, tanto en términos de cómo seleccionar los agentes parauso clínico como para optimizar la terapia usando estos agentes una vez han demostrado serclínicamente eficaces.

Selección de la diana

Los métodos existentes de producción de anticuerpos, particularmente de anticuerposmonoclonales humanizados que no son reconocidos como extraños por el sistema inmunitariohumano, parecen capaces de producir anticuerpos de alta afinidad por su diana. Ello quedareflejado en el gran número de terapias basadas en anticuerpos monoclonales humanizados yquiméricos que se están investigando actualmente para tipos de cáncer tan diversos comoleucemias, cáncer de pulmón y melanoma. Por lo tanto, probablemente el mayor reto actual enla terapia basada en anticuerpos es identificar las dianas apropiadas, es decir moléculasespecíficamente expresadas por todos o por un porcentaje de tumores de un cierto tipo, quetienen un rol esencial en el desarrollo del tumor y que son accesibles para los anticuerpos. Laidentificación ha demostrado ser problemática en muchos tipos de tumor.

Un ejemplo es el uso de anticuerpos direccionados al receptor-α de IL-2 (IL-2Rα). Estosanticuerpos han tenido cierto éxito inhibiendo la función del IL-2Rα, que tiene actividadestimuladora de células T independiente de la presencia de IL-2 en algunas leucemias. Sinembargo, ciertas leucemias expresan otros IL-2R y responden a otras citocinas. Estos no soncompletamente inhibidos por anticuerpos anti-IL-2Rα.

Una forma de solucionar este problema sería hacer diana en receptores o elementos de lasvías de transducción compartidos por IL-2 y otras citocinas implicadas en la proliferación decélulas T. Los ejemplos incluyen IL-2/IL-15Rβ y Jak3, respectivamente. El Jak3 es el sujeto deuna intensa investigación, ya que está implicado en la señalización de citocinas por linfocitos ycélulas hematopoyéticas, pero no por células no inmunológicas.

Usar anticuerpos para direccionar otras terapias

Otros desarrollos en el ámbito de la terapia direccionada con anticuerpos es el uso deanticuerpos para que terapias más convencionales hagan diana en focos tumorales. Losejemplos incluyen:

● uso de anticuerpos para que fármacos encapsulados en lípidos hagan diana en los tumores

● transfección de células con genes que codifican anticuerpos o fragmentos de anticuerpospara que las células expresen el anticuerpo (conocidos como intracuerpos). El anticuerpo esliberado en el citoplasma celular, se une a proteínas oncogénicas y regula a la baja laexpresión oncogénica. Esta aproximación se ha usado para hacer diana en el HER2 ycausa la muerte celular por apoptosis

● fragmentos de anticuerpo de una sola cadena unidos a genes pueden ser una forma dedireccionar la terapia genética a las células malignas. Esta aproximación se ha usado paradireccionar el gen de la timidina cinasa a células que sobreexpresan antígenocarcinoembrionario. Cuando es activada por ganciclovir, la timidina cinasa es un gensuicida que produce la muerte celular.

Desarrollo de inmunotoxinas

Como ya se mencionó en el módulo 6, la eficacia de las inmunotoxinas ha sido menor a laesperada, y su toxicidad significativa es un problema importante. Por eso se estáreconsiderando cómo deberían usarse las inmunotoxinas. La investigación actual examina su

7.7

. . . desarrollos enel ámbito de la

terapiadireccionada conanticuerpos es el

uso deanticuerpos paraque terapias másconvencionaleshagan diana enfocos tumorales.

. . . la eficacia delas inmunotoxinasha sido menor ala esperada, y su

toxicidadsignificativa es un

problemaimportante.

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uso en enfermedad residual mínima, sobre todo como terapia adyuvante, en que una o dosadministraciones a bajas dosis son suficientes. Así se limita la toxicidad, ya que no serequieren altas dosis, y se evitan los problemas asociados con la respuesta inmunológica a lasinmunotoxinas, ya que no se requieren múltiples administraciones. Otras formas de mejorar laeficacia y tolerabilidad de las inmunotoxinas son:

● disminuir el tamaño del anticuerpo para reducir la inmunogenicidad y aumentar lapenetración en el tejido

● investigar diferentes toxinas que sean menores que los compuestos existentes o que no sebasen en proteínas, siendo así intrínsecamente menos inmunogénicas. Los ejemplos incluyentoxinas fúngicas como la mitogilina, ‘toxinas’ humanas como el factor de necrosis tumoral ytoxinas citolíticas, que no deben ser interiorizadas porque dañan la membrana celular

● introducir nuevos métodos para administrar la terapia, sobre todo células que localicentumores y secreten inmunotoxinas

● usar combinaciones de inmunotoxinas con el objetivo de eliminar poblaciones de célulastumorales heterogéneas que se mantienen después de administrar la terapia

● uso de agentes que intensifiquen las inmunotoxinas

● usar inmunotoxinas en combinación con o antes de la quimioterapia para sacar ventaja desus efectos sensibilizantes a la quimioterapia.

La mayoría de estas aproximaciones se han restringido al uso en modelos animales. Eldesarrollo clínico requiere una planificación cuidadosa para garantizar que no se repite lagrave toxicidad de aproximaciones anteriores.

Optimizar el uso de terapias existentes con anticuerpos monoclonales: el ejemplo de Herceptin®

También resulta interesante cómo identificar el uso óptimo de un anticuerpo monoclonal en lapráctica clínica. El rápido desarrollo de los agentes biológicos y su consiguiente introducciónen la práctica clínica significa que aún no se ha establecido el entorno más eficaz en que usarestos agentes y cómo usarlos en relación a las terapias existentes. Esto no difiere de lasituación con muchos agentes quimioterápicos existentes. Por ejemplo, el uso óptimo deltaxano paclitaxel en el tratamiento del cáncer de mama sigue siendo controvertido, y su uso enla terapia adyuvante está establecido como parte de la terapia secuencial con antraciclinas enAmérica del Norte pero no en el resto del mundo. Sin embargo, hay más interés en establecerel mejor uso de los agentes biológicos debido a la naturaleza novedosa de estas terapias y suconsiguiente potencial para proporcionar información y orientación para la introducción ypruebas de terapias futuras similares. Las consideraciones que hay que tener en cuenta cuandose investiga el uso óptimo de agentes biológicos pueden ilustrarse con el ejemplo deHerceptin®.

El mecanismo de acción preciso de Herceptin® aún debe definirse por completo, pero difieredel de otros agentes antineoplásicos en uso clínico para el tratamiento del cáncer de mamaafectando las vías de señalización celular y la expresión genética. Esto implica que es posibleque los agentes citotóxicos y Herceptin® produzcan efectos complementarios sobre las célulascancerosas. Explotar este potencial completamente puede implicar una combinación que no seinvestigó en los ensayos pivotales (descritos en el módulo 6) o puede requerir diferentesaproximaciones según el paciente y las características del tumor aparte del status HER2.

7.8

El rápidodesarrollo de los

agentes biológicosy su consiguienteintroducción en la

práctica clínicasignifica que aún

no se haestablecido elentorno más

eficaz en que usarestos agentes ycómo usarlos enrelación a las

terapiasexistentes.

. . . los agentescitotóxicos yHerceptin®

produzcan efectoscomplementariossobre las células

cancerosas.

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7

Pueden obtenerse algunas pistas sobre la posible respuesta de los pacientes a la terapiacombinada con Herceptin® a partir de los estudios preclínicos (tabla 7.1). Aunque estos datosno pueden considerarse predictivos de la respuesta clínica, pueden indicar qué combinacionesjustifican mejor posteriores investigaciones, guiando el diseño de ensayos clínicos.

Los resultados recientes de estudios clínicos de Herceptin® se muestran en la tabla 7.2. Lastasas de respuesta con Herceptin® más vinorelbina o paclitaxel semanal son mayores a lasobservadas con paclitaxel 3 veces por semana o antraciclina/ciclofosfamida. También se haninvestigado otras combinaciones, incluyendo agentes hormonales, antraciclinas distintas a ladoxorubicina, y análogos del platino.

Otro desarrollo interesante implica estudios acerca de la frecuencia de administración deHerceptin®. A medida que se ha descubierto más acerca de cómo actúa Herceptin® en elcuerpo, se ha hecho evidente que mayores dosis permanecen más tiempo en el cuerpo. Estefue el fundamento lógico para un ensayo de Herceptin® 3 veces por semana (8mg/kg dosis

Tabla 7.1. Efecto de Herceptin® y varios agentes quimioterápicossobre líneas de células de cáncer de mama HER2-positivas.

Efecto de la combinación

Sinergia Adición Antagonismo

Vinorelbina Doxorubicina Metotrexato

Docetaxel/carboplatino Paclitaxel Gemcitabina

Docetaxel Epirubicina 5-fluorouracilo

Etopósido Vinblastina

Ciclofosfamida

Paclitaxel/carboplatino

Tiotepa

Cisplatino

Doxorubicina liposómica

Tabla 7.2. La eficacia de Herceptin® como monoterapia y envarias combinaciones en pacientes HER2-positivos.

Tasa de respuestaRégimen de Herceptin n (%)

Herceptin® primera línea + paclitaxel 3 veces por semana* 92 49

Herceptin® + paclitaxel semanal 95 80.5

Herceptin® + vinorelbina* 30 80

Herceptin® + capecitabina 18 47

Monoterapia de Herceptin® segunda/tercera línea* 172 18

Monoterapia de Herceptin® primera línea* 87 35

*Se muestran los datos para pacientes fuertemente HER2-positivos

7.9

DRAF

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7

inicial seguida de 6mg/kg semanal) que ha demostrado que este régimen es bien tolerado yproduce concentraciones séricas de Herceptin® similares a las observadas en los ensayospivotales de Herceptin®.

También se está investigando la planificación óptima para la administración de Herceptin®,bien en el entorno adyuvante o en el metastásico. Al igual que con la mayoría de nuevasterapias antineoplásicas, hasta el momento los estudios de Herceptin® se han concentrado en elentorno metastásico. Sin embargo, las anormalidades de HER2 se dan temprano durante eldesarrollo del cáncer de mama y ciertamente antes del desarrollo de la enfermedad invasiva.Dado que los pacientes HER2-positivo presentan cáncer agresivo y un pronóstico desfavorableen todos los estadios de la enfermedad, sería lógico hacer diana en estos tumoresprecozmente. Por lo tanto, los ensayos iniciados hace poco examinan la eficacia y seguridadde Herceptin® como terapia adyuvante para el cáncer de mama primario (el Ensayo HERA enEuropa y los ensayos NSABP e Intergroup en Norteamérica).

Por último es importante considerar el hecho de que otros cánceres distintos al de mamapueden ser HER2-positivos, incluyendo el de vejiga, páncreas y gástrico, lo que significa queHerceptin® tiene el potencial de ser eficaz en este tipo de tumores.

Los ensayos mencionados anteriormente indican el alcance de la continua investigaciónnecesaria si hay que explotar por completo las características de un agente biológico muy útilpara la terapia. También ilustran el potencial para usar estos agentes en combinaciones queproducirán el mayor beneficio en resultados y tolerabilidad para un paciente dado. Elpotencial de expandir el uso de terapias direccionadas con anticuerpos también parece serimportante. Asimismo resulta evidente que a medida que se caracteriza mejor el mecanismo deacción de estos agentes y sus dianas, más beneficios clínicos es posible obtener. Finalmente,los agentes biológicos direccionados que proporcionan beneficios clínicos significativos porencima de la terapia estándar pueden introducirse de forma rápida y segura, mientras se sigueexplorando la variedad de usos de estas terapias.

Vacunas contra el cáncerEl futuro de las aproximaciones sobre una vacuna para el cáncer parecen residir en:

● investigar los efectos de administrar quimioterapia, citocinas y otros agentes de formaconcomitante a la vacuna

● co-administrar células dendríticas con vacunas de extracto tumoral. Esta aproximación hademostrado actividad antitumoral en pacientes con melanoma

● desarrollar vacunas víricas usando virus como los poxavirus, que ya se han investigadoampliamente para uso en vacunación contra otras enfermedades. El fundamento lógicopara usar vacunas víricas es que los antígenos que no estimulan una respuestainmunológica cuando se administran solos, lo hacen cuando son expresados por virus. Unejemplo es la expresión del antígeno carcinoembrionario por virus vaccinia, que estimulauna fuerte respuesta inmunológica, mientras que el antígeno carcinoembrionario solo no lohace. Otros posibles desarrollos en este ámbito incluyen la modificación de antígenos paraaumentar su inmunogenicidad antes de la expresión en virus y la expresión de múltiplesantígenos

● uso de adenovirus como vector (véase módulo 6) para modificar genéticamente las célulaspresentadoras de antígenos como las células dendríticas o las células tumoralesdirectamente (figura 7.1). Los adenovirus transfieren genes a las células dendríticas y

7.10

Dado que lospacientes HER2-

positivo presentancáncer agresivo y

un pronósticodesfavorable en

todos los estadiosde la enfermedad,sería lógico hacer

diana en estostumores

precozmente.

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tumorales de forma más eficaz que otros métodos de transferencia y se manipulanfácilmente. La expresión del gen transferido por las células dendríticas en este caso conllevala producción de antígeno tumoral y, por lo tanto, una fuente continua de antígeno para serpresentado a las células T. En el caso de las células tumorales, la transferencia del gen invivo o in vitro podría implicar los genes de citocinas, que aumentan la inmunogenicidad deltumor. Ambas aproximaciones siguen en fase experimental y no han ido más allá de losmodelos animales.

Terapia genéticaComo ya se ha mencionado, hasta el momento la mayoría de ensayos clínicos realizadossobre terapias genéticas han revelado una escasa eficacia de la transferencia genética y/ouna breve duración de la expresión. Es un reto que hay que superar y que ya tratan losesfuerzos de investigación básicos que buscan mejores sistemas vector. Los métodos de entregade la terapia también deben ser evaluados, con el objetivo de permitir una transferenciagenética eficaz a órganos sólidos y garantizar que las células dianas son expuestas. Es pocoposible que una técnica sea eficaz en todos los tipos de tumor, pero en algunos son posibleslos avances.

Otros desarrollos implicarán explorar el uso de distintas dianas para su modificación genética.Los tipos celulares que se investigan actualmente como dianas para la modificación genéticaincluyen:

● linfocitos para ser usados para la inmunoterapia adoptiva, es decir dar inmunidad a lospacientes y no estimular la inmunidad activa. El objetivo de la transferencia genética esaumentar la eficacia de la inmunidad adoptiva o aumentar la seguridad. Los ejemplos degenes que pueden transferirse incluyen aquellos que codifican receptores de células T paraalterar la especificidad de las células T y genes suicidas para poder evitar la toxicidad enun estadio concreto del tratamiento

A)

1. Clone cytokine gene

1. Clone TAA gene

TAA gene

3. Modified tumour cells stimulate T cells

3. Modified APCs stimulate T cells

2. Infect tumour cells with adenoviral vector encoding cytokine

2. Infect APCs with adenoviral vector encoding TAA

4. Cytotoxic T cells lyse tumour

4. Cytotoxic T cells lyse tumour

Cytokine gene Adenovirus

Adenovirus

B)

APC

APC

T cell

T cell

Tumour cell

Tumour cell

Figura 7.1. Modificación genética de células tumorales usando adenovirus. A) Transferencia genéticadirectamente a una célula tumoral; B) la transferencia genética en células presentadoras deantígenos (CPA) da lugar a estimulación de células T y lisis tumoral. Reproducido, con autorización,de Principles and Practice of the Biological Therapy of Cancer. Filadelfia: Lippincott Williams andWilkins, 2000.

7.11

DRAF

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● células madre, cuya modificación potencialmente tendría efectos a largo plazo en elproceso de la enfermedad en pacientes con cáncer. Los ejemplos de modificacionespotencialmente valiosas incluyen transferencia de genes resistentes a la quimioterapia ysustitución de genes en trastornos debidos a la falta de un solo gen.

Terapia genética usando p53

Dado el rol fundamental del p53 en los puntos de control del ciclo celular y la apoptosis, y laprevalencia de las mutaciones de p53 en el cáncer humano, el p53 se ha identificado comouna diana potencial para la terapia antineoplásica. El p53 y los factores en vías mediadas porp53 pueden proporcionar dianas críticas para el diseño racional de agentes antineoplásicos.Una vía de terapia sería explotar mecanismos implicados en la regulación normal de laconformación del p53. Por ejemplo, la restauración de la unión de DNA específica por p53conduciría potencialmente a la activación de los genes diana del tipo salvaje de p53,supresión de la proliferación celular e inducción de apoptosis. Se están llevando a caboestudios preclínicos para evaluar el potencial terapéutico de una terapia genética antitumoralmediada por virus con p53. Estos estudios indican que la sustitución genética de p53representaría un agente terapéutico novedoso para cánceres como el tumor de Wilmsanaplásico.

Terapia basada en célulasComo se observó en el módulo 6, existe una superposición considerable entre terapiasbasadas en células, vacunas para el cáncer y terapia genética. Así pues, las perspectivas defuturo para este tipo de terapia son similares a las esbozadas anteriormente. Los desarrollosconcretos se centrarán posiblemente en las células dendríticas, sobre todo técnicas queocasionen carga de antígeno tumoral de estas células para estimular respuestas intensas de lascélulas T, y la modificación genética de células inmunitarias naïve para producir célulasefectoras inmunocompetentes específicas.

Nuevas aproximaciones: hacer diana en la angiogénesis tumoral

La angiogénesis es la formación de nuevos vasos sanguíneos. Este proceso es regulado poruna familia de factores de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y receptores, que tambiénpueden estar implicados en la linfangiogénesis (la formación de nuevos vasos linfáticos), yangiopoyetinas. La angiogénesis se da principalmente durante el desarrollo embrionario, perotambién en condiciones fisiológicas estrictamente controladas, como la curación de las heridasy durante el ciclo menstrual. El control de la angiogénesis en esos momentos es complejo, y enel caso de la cicatrización de las heridas se da debido a la expresión a corto plazo deinhibidores y estimuladores angiogénicos como los VEGF.

La desregulación de la angiogénesis se observa en muchas enfermedades, como el cáncer. Laangiogénesis es esencial para el crecimiento de los tumores; sin ella no podrían crecer más deunos 2mm. Con este tamaño, la muerte celular equilibra la agresiva proliferación celularcaracterística de los tumores. Los tumores sólidos que se desarrollan más allá de este tamañoencuentran maneras de invadir tejidos circundantes y estimulan el crecimiento de vasossanguíneos para conseguir nutrientes. Lo consiguen mediante diversos mecanismos queimplican la expresión de metaloproteasas, que permiten la invasión de tejidos, y de factoresangiogénicos que activan y estimulan las células endoteliales vasculares (figura 7.2). Ademásde permitir que los tumores crezcan más allá del límite de 2 mm, la angiogénesis potencia lametástasis, ya que las células tumorales pueden pasar a la sangre.

7.12

El p53 y losfactores en víasmediadas porp53 puedenproporcionardianas críticaspara el diseño

racional deagentes

antineoplásicos.

La angiogénesises la formación de

nuevos vasossanguíneos.

DRAF

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Metastasis

Matrix

Angiogenicfactors Feedback

stimulates tumourgrowth

Matrix degradation

Metalloproteaseproduction

Tumour vascularisationand invasive growth

Vascular endothelialcells

Tumour cells

Figura 7.2. Representación esquemática de los acontecimientos que conducen a la angiogénesis ymetástasis tumoral. Las células tumorales liberan factores angiogénicos, que estimulan las célulasendoteliales vasculares, y las metaloproteasas, que degradan los tejidos circundantes, dando lugar avascularización tumoral, crecimiento invasivo y metástasis.

La importancia conocida de la angiogénesis para el desarrollo de tumores, así como lacaracterización de varios factores implicados en la estimulación de este proceso, hacen de ellauna diana interesante para la terapia. Los agentes anti-angiogénicos pueden producirrespuestas más duraderas debido a reducciones en el aporte sanguíneo al tumor (figura 7.3).

Se han investigado diversos compuestos por su capacidad de inhibir la angiogénesis tumoral,muchos de los cuales son agentes biológicos.

● Marimastat. Un derivado soluble del ácido hidroxámico basado en la estructura delcolágeno, el sustrato natural de las metaloproteasas de matriz, que es el único inhibidor delas metaloproteasas de matriz que se ha sometido a ensayos de fase III. Los resultados hanvariado; un ensayo mostraba resultados equivalentes a la gemcitabina en el cáncer depáncreas; otro demostraba una ventaja en la supervivencia en comparación con placeboen cáncer gástrico; y un tercero no mostró ningún beneficio. La toxicidad incluye fatiga ypoliartritis reversible.

● BAY12-9566. Este inhibidor de la metaloproteasa de matriz estructuralmente distinto es unanálogo del ácido butanoico y es más selectivo que el marimastat, ya que sólo inhibe lasmetaloproteasas de matriz 2 y 9. Sin embargo, parece tener una supervivencia reducida enel cáncer de pulmón microcítico y se ha suspendido su desarrollo.

● Anticuerpos monoclonales anti-VEGF. El VEGF rhuMAb es un anticuerpo monoclonalhumanizado recombinante desarrollado para hacer diana en el factor de crecimiento másimportante (VEGF) implicado en la angiogénesis. Se ha demostrado que es bien tolerado,similarmente a otras terapias con anticuerpos direccionadas como Herceptin®, y haproducido respuestas en pacientes con cáncer.

7.13

DRAF

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● Vitaxina. Se trata de un anticuerpo monoclonal humanizado direccionado a una proteínaexpresada a niveles elevados por la neovasculatura tumoral (integrina αvβ3). La vitaxina hademostrado actividad antitumoral en ensayos clínicos precoces.

● Fragmentos de proteínas reguladoras del crecimiento. La endostatina y la angiostatina seforman por digestión enzimática proteolítica del colágeno XVIII y del plasminógeno,respectivamente. Estas moléculas son inhibidores potentes y específicos de la proliferaciónde células endoteliales (figura 7.4).

● IM862. Un dipéptido L-glutamil-L-triptófano aislado del timo, el IM862 inhibe laangiogénesis y tiene propiedades inmunomoduladoras in vitro. Este compuesto hademostrado una actividad considerable en el sarcoma de Kaposi y se está investigando enotros cánceres.

● Interferon-α. Esta citocina ya se usa ampliamente en el tratamiento del cáncer, pero es elprimer agente anti-angiogénico que ha demostrado actividad en el tratamiento dehemangiomas y del tumor de células gigantes del hueos avanzado.

Esta lista de sólo algunos de los agentes anti-angiogénicos biológicos en investigaciónactualmente demuestra que los potenciales usos de agentes biológicos en la terapiaantineoplásica sólo están empezando a explorarse. Además, ilustra la capacidad para hacerdiana en el mismo problema con diferentes aproximaciones y el concepto de que es posiblehacer diana en diferentes estadios de un proceso complejo.

Resumen: implicaciones para los pacientes con cáncer

Está claro que las aproximaciones biológicas para el tratamiento antineoplásico tienen elpotencial de proporcionar a los profesionales de la oncología una gran variedad de nuevasentidades terapéuticas. La experiencia con los relativamente pocos agentes biológicos que se

7.14

. . . lasaproximaciones

biológicas para eltratamiento

antineoplásicotienen el potencialde proporcionar alos profesionalesde la oncología

una granvariedad de

nuevas entidadesterapéuticas.

Chemotherapyalone

Time

Tum

our

grow

th

Chemotherapy+ anti-angiogenicagent

Figura 7.3. Ilustración que muestra el posible efecto de los agentes anti-angiogénicos sobre laduración de la respuesta a la terapia.

DRAF

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7

Tum

our

volu

me

(mm

3 )

–19 0 4 8 12 16 20 24 28

Treatment dayTreatment start

600

500

400

300

200

100Angiostatin

Saline

Figura 7.4. Efecto de la angiostatina sobre el crecimiento de los xenoinjertos de cáncer de próstata enratones. En ratones tratados con un placebo de suero fisiológico (línea discontinua) los tumorescrecieron rápidamente, mientras que la angiostatina disminuyó la velocidad de crecimiento tumoral eindujo la regresión tumoral. Reproducido, con autorización, de Principles and Practice of theBiological Therapy of Cancer. Filadelfia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.

han aprobado para uso clínico indica que es posible que estos fármacos novedosos tenganbeneficios significativos y una amplia gama de aplicaciones. Además, dados los rápidosdesarrollos en nuestra comprensión de las complejas vías biológicas implicadas en eldesarrollo, mantenimiento y metástasis del cáncer y del funcionamiento del sistema inmunitario,es posible que las estrategias existentes se refinen y que se exploren nuevas estrategiasbiológicas.

Centrarse en la terapia biológica como el camino a seguir en el manejo del cáncer tendráimplicaciones importantes en la forma de tratar a los pacientes con cáncer. Como indican losdebates sobre el uso de micromatrices para conseguir los perfiles genéticos y la proteómica,los tumores cada vez se caracterizarán más a nivel molecular. A medida que se descubran losefectos de más genes y proteínas sobre el comportamiento del cáncer, la caracterización detumores se convertirá en una herramienta importante para determinar la mejor terapia paratodos los pacientes con cáncer. Esto dará información sobre las terapias a las que un tumor essensible y resistente y qué combinaciones de terapias es posible que sean más eficaces. Lasterapias biológicas tendrán un rol importante en esta individualización de las terapias, ya quemuchos de estos agentes están diseñados para hacer diana en anormalidades específicas.

Estos cambios en la forma de tratar el cáncer influirán en la práctica oncológica, sobre todo enrelación a la información que los pacientes necesitan. Una implicación de la caracterizaciónde tumores es que dos pacientes con tumores clínicamente similares recibirán terapiasdiferentes. Será necesario que las razones se transmitan a los pacientes, y muchas enfermerasconseguirán más experiencia tratando mujeres con cáncer de mama metastásico consideradaspara terapia con Herceptin®. Otros cambios implicarán cambios en los efectos secundarios, lamayoría más leves y temporales que los asociados con terapia citotóxica, así como la duración

7.15

Las terapiasbiológicas tendránun rol importante

en estaindividualización

de las terapias, yaque muchos deestos agentes

están diseñadospara hacer dianaen anormalidades

específicas.

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T

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de la terapia. Es posible que muchos agentes biológicos, sobre todo anticuerpos, citocinas yterapias celulares, se usen para períodos extensos en pacientes que responden para garantizarla supresión tumoral continuada. Esto requiere también un cambio de mentalidad, con elresultado de que la curación será menos un tema central y aumentará la importancia de evitarla progresión tumoral.

En resumen, los avances actuales en tecnología, caracterización tumoral y terapia biológicatendrán las siguientes implicaciones.

● El uso de terapias direccionadas, sobre todo agentes biológicos, será más frecuente.

● La eficacia del tratamiento mejorará, ya que las vías celulares esenciales para mantener eltumor se bloquearán o se activarán selectivamente, según convenga.

● La toxicidad asociada con la terapia antineoplásica será minimizada, ya que las célulascancerosas pueden tratarse selectivamente usando terapias direccionadas.

● La terapia será individualizada según las características intrínsecas del tumor, lo quepermitirá que los pacientes reciban un tratamiento personalizado para conseguir losmejores resultados posibles.

● Las enfermeras oncológicas tendrán un rol cada vez más importante a la hora deproporcionar información a los pacientes con cáncer acerca de:

– el impacto de los factores celulares sobre el pronóstico y el comportamiento del tumor

– diagnóstico, caracterización del tumor e individualización del tratamiento

– qué esperar de las nuevas terapias biológicas direccionadas, incluyendo beneficios yefectos secundarios.

7.16

DRAF

T

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a. La proteómica es el estudio de .................................................................................

b. La expresión de proteínas en células individuales puede estudiarse usando un sistemaque es básicamente ................................................................................................

c. Las comparaciones de expresión de proteínas entre muestras de tejido obtenidas de unpaciente individual pueden usarse para desarrollar.....................................................

d. La proteómica puede usarse de distintas maneras, incluyendo estudios de.....................

e. Las interrelaciones y la complejidad de las interacciones entre proteínas significan quees posible que la proteómica produzca información más detallada acerca de la funcióncelular que.............................................................................................................


7.17

7

5. La angiogénesis –la formación de nuevos vasos sanguíneos– es esencial para elcrecimiento del tumor. Escoja la anotación apropiada de la selección siguiente paracompletar el diagrama que identifica los acontecimientos clave que conducen a laangiogénesis y metástasis del tumor.

Factores angiogénicos Células endoteliales vasculares

Metástasis Proliferación e invasión





Tumour cells

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