Terapia génica basada en genes bacterianos para tratar enfermedades cardíacas

Rubén Megía González, Genotipia

 

Un equipo de investigadores de la Universidad Duke en Durham, Carolina del Norte, ha logrado implantar con éxito una terapia génica que restaura la actividad eléctrica en células musculares cardíacas de ratón. El tratamiento, que consiste en la introducción de genes bacterianos modificados codificantes para canales de sodio, podría ser de gran utilidad en diferentes enfermedades cardíacas.

Los canales iónicos de sodio son proteínas de membrana presentes en diferentes células del organismo, entre ellas las células musculares cardíacas. La actividad de estos canales iónicos confiere capacidades eléctricas a las células musculares del corazón y es imprescindible para la correcta contracción sincrónica de las mismas. En ciertas circunstancias, como es el caso de ciertas enfermedades coronarias, la contracción sincrónica de las células musculares cardíacas se ve afectada, ya que los canales de sodio son incapaces de mantenerla. El fallo en la actividad de estas células cardíacas puede tener diferentes efectos sobre la salud de las personas afectadas, como insuficiencia cardíaca, que puede derivar en otras complicaciones. Recuperar la función de los canales iónicos de sodio y, por consiguiente, la contracción sincrónica de las células musculares cardíacas, podría ser un tratamiento eficaz en personas con diferentes enfermedades coronarias.

Ahora, un equipo de investigadores ha logrado recuperar la contracción sincrónica en células musculares cardíacas de ratón utilizando una terapia génica. En su trabajo, publicado el pasado 2 de febrero en la revista Nature Communications, el equipo ha introducido genes bacterianos modificados que codifican para canales iónicos de sodio para recuperar la capacidad contráctil de las células musculares cardíacas.

 

genes bacterianos enfermedades cardiacas
Imagen que muestra una célula muscular cardíaca de un ratón tratado con la nueva terapia génica. En magenta se muestran los nuevos canales iónicos de sodio sintetizados después de la introducción de los genes bacterianos modificados. Imagen: Tianyu Wu, Duke University

 

El tipo de terapia génica utilizado en este trabajo no supone una modificación en las moléculas de ADN de las células a las que se administra. En concreto, consiste en la introducción de nuevos genes en las células objetivo, pero sin que lleguen a insertarse en su ADN. “Se ha demostrado previamente que el método que usamos para administrar genes en las células del músculo cardíaco de los ratones persiste durante mucho tiempo, lo que significa que podría ayudar de manera efectiva a los corazones que luchan por latir con la regularidad que deberían», explica Dr. Nenad Brusac, autor y profesor de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Duke. »

Optimizando genes bacterianos para su correcto funcionamiento en humanos

Para diseñar la nueva terapia génica, los investigadores han utilizado genes bacterianos que codifican para canales iónicos de sodio. El motivo principal es que, en mamíferos, este tipo de genes tienen una secuencia demasiado larga para ser introducidos en los vectores virales que se utilizan en terapia génica.

En el trabajo, el equipo se ha basado en las investigaciones que uno de los autores, el Dr. Hung Nguyen, investigador del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Duke, realizó hace unos años sobre los genes bacterianos que codifican para canales iónicos de sodio. Durante su trabajo, Nguyen logró modificar dichos genes para hacerlos funcionar en células humanas. Ahora, los autores del nuevo estudio han optimizado los genes modificados del trabajo del Dr. Nguyen para que únicamente se expresen en células musculares cardíacas.

La administración de genes bacterianos modificados mejora la excitabilidad en modelos animales y celulares

En el siguiente paso del estudio, los investigadores probaron la viabilidad de los genes bacterianos optimizados en modelos animales murinos, administrando un vector vírico cargado con estos genes por vía intravenosa. «Trabajamos para encontrar dónde se sintetizaron realmente los canales iónicos de sodio y, como esperábamos, descubrimos que solo lo hacían en las células musculares activas del corazón dentro de las aurículas y los ventrículos», explica Tianyu Wu, autor y doctorando del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Duke. “»También descubrimos que no lo hacían en las células del corazón que originan los latidos del corazón, lo que también queríamos evitar», añade.

 

Esta sección transversal del corazón de un ratón (rojo) muestra cómo la terapia génica transmitió los genes codificantes para canales iónicos de sodio (cian) a las células cardíacas después del tratamiento. Imagen: Tianyu Wu, Duke University.

 

 

«Pudimos mejorar la forma en que las células del músculo cardíaco pueden iniciar y propagar la actividad eléctrica, lo cual es difícil de lograr con medicamentos u otras herramientas», expone el Dr. Nenad Brusac.

En una segunda aproximación, los autores introdujeron los genes bacterianos optimizados en cultivos de células HEK293 excitables, con el objetivo de investigar mejor cómo esta terapia génica puede afectar a las células humanas. Tal y como explican los investigadores, los resultados sugieren que la mejora de la excitabilidad eléctrica proporcionada generada por la terapia génica con genes bacterianos modificados es suficientemente efectiva como para poder prevenir algunas enfermedades cardíacas humanas, como es el caso de las arritmias.

Nuevos genes bacterianos con potencial para ser utilizados en terapia génica

En el trabajo, además, los autores han identificado diferentes genes bacterianos codificantes para canales iónicos de sodio con potencial para ser utilizados en terapias génicas. Para determinar el potencial de estos genes bacterianos modificados en modelos animales que imitan el corazón humano, el equipo se encuentra actualmente trabajando con diferentes laboratorios de la misma universidad. En concreto, está colaborando con los laboratorios del Dr. Craig Henriquez, profesor de Ingeniería Biomédica y Ciencias de la Computación en la Universidad de Duke, y del Dr. Andrew Landstorm, director del Programa de becarios de investigación pediátrica de Duke.

Este estudio sugiere la posibilidad de utilizar genes bacterianos modificados para el desarrollo de terapias génicas enfocadas al tratamiento de enfermedades humanas. Todavía es necesario realizar nuevas investigaciones para conocer si la utilización de este tipo de terapias génicas puede ser viable en humanos.

Artículo original: Nguyen HX, et al. Engineered bacterial voltage-gated sodium channel platform for cardiac gene therapy. Nat Commun. 2022 Feb 2;13(1):620. doi: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-28251-6

Fuente: Tweaked Genes Borrowed From Bacteria Excite Heart Cells in Live Mice. Pratt School of Engineering. Duke University. https://pratt.duke.edu/about/news/bacteria-gene-therapy-mouse-heart

 

Si te ha gustado esta noticia y quieres aprender más sobre Genética en Medicina, te interesan nuestros cursos y formación universitaria, así como nuestro canal audiovisual, Genotipia TV.

Abrir chat