Osteo Final

Revisiones

El diagnóstico y el tratamiento de la osteoporosis: Perspectivas Futuras David J. Baylink, Donna D. Strong and Subburaman Mohan

La osteoporosis es una enfermedad común que afecta a millones de pacientes alrededor del mundo. Anticipamos que ambos, el diagnóstico y el tratamiento de esta enfermedad, será revolucionada por la integración de la genómica y la informática. Se predice que un algoritmo genético será desarrollado para identificar a los pacientes de riesgo antes de que desarrollen la osteoporosis, para que puedan instituirse medidas preventivas. La secuencia del genóma humano liderará los revolucionarios avances en al menos tres áreas de la terápia de la osteoporosis: terapia de pequeñas moléculas, terapia protéica, y terapia génica. Un área de atención para la futura terapéutica en osteoporosis será la de los agentes osteogénicos, la cual podría tener una alta posibilidad de éxito, ya que el esqueleto tiene la capacidad innata de regenerarse. LA OSTEOPOROSIS es una enfermedad de huesos muy pequeños, que resulta en frágiles fracturas que ocurren a causa de muy peuqeños traumas (Fig 1). Se está convirtiendo progresivamente común, particularmente por que es una enfermedad que aumenta en frecuencia en pacientes sobre los 60 años, un segmento de la población que esta creciendo progresivamente1. La osteoporosis es mucho más común en mujeres mayores que en hombres mayores, por que la deficiencia de estrógenos que ocurre cuando se desarrolla la menopausia, aumenta la destrucción del hueso, lo cual no puede ser compensado con el correspondiente incremento en la formación de hueso (ej. Un balance oseo negativo), resultando en perdida ósea, y eventualmente, osteoporosis en muchas mujeres 2,3. Actual diagnóstico y tratamiento de la osteoporosis. La causa de osteoporosis es una combinación de una baja densidad ósea y la subsecuente perdida de hueso, lo cual en mujeres aumenta en la menopausia por la deficiencia de estrógenos. La deficiencia de estrógenos lidera la resorción ósea y es la mayor causa de perdida ósea en los años inmediatos post-menopausia. De cualquier forma, en mujeres mayores hay indudablemente otros agentes que contribuyen a un balance neto negativo en el balance óseo, como los cambios en la dieta y la reducción de la actividad física. La osteoporosis es actualmente diagnósticada mediante desitometría ósea, la cual determina donde la densidad ósea es suficientemente baja para hacer al paciente propenso a la fractura. Esta aproximación tiene la ventaja de llevar el diagnóstico antes de que la morbididad de fracturas se insinue, perimtiendo el uso de una terapia preventiva. El mayor problema con este procedimiento diagnóstico es que no está disponible para todos los individuos sobre los 50 años, a pesar del hecho que >40% de las mujeres sobre los 50 añosestan destinadas a desarrollar una fractura osteoporótica. Es más, por causa de los costos, se ve improbable que exista un acceso universal al screening con desitómetros óseos para diagnosticar la osteoporosis en el futuro cercano. En la última decada, los avances hechos por la industria farmaceutica han llevado al desarrollo de efectivos agentes para el tratamiento de la osteoporosis (Tabla 1). Muchos de estos agentes son drogas anti-resortivas, las cuales son una forma de terapia altamente apropiada por que el la resorción

tienen un decremento en la densidad ósea que es mucho más grande que lo que puede corregir una terapia antiresortiva. Basados en experimentación clínica con Hormona Paratiroide (PTH) en la forma de PTH (1-34), la cual es la porción activa de esta hormona de 84 aminoácidos, y con diferentes preparaciones fluoradas, sabemos ahora que la densidad ósea puede ser marcadamente incrementada con estos dos agentes óseo formadores. Además, los fluoruros han demostrado causar grandes incrementos en la densidad ósea, incluso en pacientes sobre 80 años, sugiriendo que al menos en muchos pacientes mayores, hay suficientes células precursoras de osteoblastos para tratar la osteoporósis. En consecuencia, hay una atractiva oportunidad para desarrollar agentes que regeneren hueso incluso en aquellos pacientes con huesos muy dañados. Sin embargo, estos 2 agentes tienen algunas desventajas que probablemente disminuyan su correcto uso para corregir completamente el déficit osteoporótico: la terapia de PTH causa tolerancia y solo modestos incrementos en la densidad del hueso de cadera, mientras que el uso de fluoruros puede resultar en la producción de hueso de mala calidad.

Figura 1. Microfotografía de una hueso trabecular de (a) un sujeto normal (b) un paciente osteoporótico. La perdida de hueso en el esqueleto osteoporótico reduce marcadamente la fuerza de este, lo cual se traduce en frágiles fracturas.

Figura 2. Un modelo que muestra las 2 causas de osteoporosis. La osteoporosis es definida como una denisdad ósea de 2.5 o más bajo la desviación standard del promedio de densidad ósea de tipos jóvenes (i.e. el umbral de fractura)4, y resulta de un peak de densidad bajo o de un peak de densidad óseo anormal con una rápida perdida de hueso. Nótese que en ambos casos, la densidad ósea cae bajo el umbral de fractura. Los pacientes con osteoporósis experimentan una combinación de estas dos causas de baja en la densidad ósea. (Otro mecanísmo potencial, análogo a la perdida rápida, podría ser una perdida discreta prolongada en el tiempo, con lo que el peak de densidad cae por debajo del umbral de fractura).

ósea en los mayores tiende a ser elevada. La terapia anti-resortiva tiende a causar un modesto incremento en la densidad ósea porque disminuyen la producción de hueso, lo cual disminuye el espacio de remodelamiento e incrementa la edad media del hueso, generando una gran concentración promedio de mineral en la matriz ósea. Sin embargo, el tratamiento más efectivo para la osteoporosis severa requiere de dos diferentes clases de drogas: (1) antiresortivas, las cuales previenen perdidas extensas de hueso y causan un incremento modesto en la densidad ósea (sobre el 10%); y (2) osteogénicas o drogas formadoras de hueso, las cuales reponen la pérdida de tejido óseo a niveles compatibles con la firmeza normal del mismo (Fig. 3). La razón para la terapia osteogénica es que algunos pacientes con osteoporosis severa

Perspectivas futuras en la aplicación de la determinación del riesgo genético en el diagnóstico de osteoporosis Es probable que, en las próxima dos décadas, la disponibilidad de información genética será suficiente como para desarrollar un algoritmo para determinar el riesgo de generar osteoporosis. La relación entre informática y genómica podría generar un perfil de ADN en todos los sujetos, quizás realizado al nacimiento, que proveerá información de riesgo de varias enfermedades crónicas, incluyendo osteoporosis. Una vez que el riesgo halla sido identificado, pueden instituirse medidas preventivas para la correspondiente enfermedad en riesgo, antes de que esta misma se desarrolle. La clave en el éxito del diagnóstico sera desarrollar un algoritmo genético que provea el riesgo de desarrollar osteoporosis de todos los sujetos al momento de nacer. Discutiremos esta meta bajo el contexto de: (1) potenciales procesos relevantes que pueden ser influenciados por herencia; (2) aproximaciones metodológicas que están siendo usadas para identificar genes candidadtos a generar osteoporosis, particularmente genes de densidad osea peak (peak bone density genes); y (3) los potenicales avances y dificultades asociadas con el desarrollo de un sistema de valoración de riesgo genéticopara el diagnóstico de osteoporosis. (resumido enBox 1). Procesos relevantes en el hueso que pueden ser influenciados por la herencia: Peak bone density Existe importante evidencia, que el peak de densidad ósea, que ocurre durante la tercera edad, esta determinada en un ~70 % genéticamente. También hay evidencia sobre la determinación genética del tamaño del hueso, que es otro importante factor de la fuerza de este mismo. La Box 2 muestra una lista de putativos genes candidatos, que podrían influenciar en el peak de densidad ósea. Edad y desarrollo de la menopausia Recientemente, estudios han mostrado que la aparición de la menopausia esta genéticamente influenciada, con un indice de herabilidad de ~62% (Ref. 15). Esto podría ser una observación significativa porque la menopausia temprana, alarga el periodo de deficiencia de estrógenos. Los efectos de una deficiencia aguda de estrógenos en la pérdida ósea son importantes. La deficiencia de estrógenos está también asociada con la pérdida ósea en los mayores.

Proporción de pérdida de hueso en la vejez. La proporción de pérdida de hueso aumenta marcadamente después de la menopausia, aunque varía altamente de una persona a otra. En estudios realizados en mujeres posmenopáusicas, solo una pequeña porción de las variaciones en los niveles de los marcadores de formación y resorción ósea tras la menopausia son explicadas por factores genéticos. Estas observaciones sugieren que los factores genéticos tienen influencia sobre el desarrollo del máximo de densidad ósea (peak bone density) y la edad del desarrollo de la menopausia, pero aparentemente, no tienen un mayor impacto sobre la proporción de pérdida de hueso en la vejez. Aproximaciones a la identificación de los genes candidatos de la osteoporosis. El mayor enfoque de los diagnósticos genéticos no está dirigido al paciente con osteoporosis sino que al paciente con riesgo de osteoporosis y al diseño de tratamientos basados en causas genéticas específicas. Dos importantes aproximaciones clínicas son utilizadas actualmente para identificar a los genes que contribuyen con enfermedades complejas como la osteoporosis: (1) estudios (“escaneos”) genómicos completos en estudios de familias o de pares de hermanos (sib pairs) usando marcadores genéticos polimorfos; y (2) estudios de asociación de polimorfismos entre genes candidatos en osteoporosis y en estudios poblacionales. Como se conoce mucho más sobre los genes que regulan el máximo de densidad ósea (peak bone density) en comparación con los genes que regulan la edad de desarrollo de la menopausia, nos enfocaremos en los de genes del máximo de densidad ósea. Modelos animales, como mandriles y ratones, están siendo usados para identificar los factores genéticos que contribuyen al máximo de densidad ósea. La ventaja de los ratones es que un gran número de animales puede ser criado y estudiado bajo condiciones experimentales definidas. Dos inbred strains (animales de una especie en particular cuyo genotipo es casi idéntico como resultado de la reproducción entre parientes cercanos) de ratones, uno con una densidad ósea relativamente baja y otro con una densidad ósea relativamente alta (Fig. 4), están siendo estudiados utilizando análisis cuantitativos de los loci de características heredadas (quantitative trait loci, QTL) para identificar los genes responsables de la diferencia entre las densidades óseas. Hasta el momento, hemos encontrado por lo menos cinco loci genéticos significativos responsables de la diferencia de densidad ósea entre los strains C3H/HeJ y C57BL/6J de ratones. Esta aproximación tiene la ventaja por sobre los estudios en humanos realizados hasta el momento de que; teóricamente, puede identificar genes con sólo un modesto efecto sobre la densidad ósea. Esto es particularmente relevante porque, en las enfermedades crónicas, la contribución genética usualmente involucra varios genes, cada uno de los cuales contribuye en solo un pequeño porcentaje al fenotipo. El potencial problema con los estudios QTL en ratones es que no hay garantía de que un gen del máximo de densidad ósea en un ratón pueda predecir la importancia de este gen en la determinación del máximo de densidad ósea en humanos. Interesantemente, un estudio de familia ha identificado un locus en el cromosoma 11 que confiere una alta densidad ósea. Todavía no se sabe si este gen juega un papel importante en la población en general. En el futuro, es probable que la identificación de la mayoría de los genes involucrados en la determinación del máximo de densidad ósea (incluyendo aquellos que solamente tienen un modesto efecto) va a requerir una combinación de estudios de linkage (link = enlace) en humanos y en animales de experimentación, y estudios de asociación de genes candidatos en

Table 1. List of drugs for osteoporosis and their actionsabc Name of drug

FDA approved for osteoporosis

Action

Estrogend

+

Anti-resorber

Raloxifene11

+

Anti-resorber

Alendronate

+

Anti-resorber

Salmon calcitonin

+

Anti-resorber

Vitamin D analogs

-

Anti-resorber

Fluoride

-

Osteogenic agent

PTH analogs

-

Osteogenic agent

Fig 3. Comparación de los efectos de los agentes que incrementan la formación ósea (BF) con los que disminuyen la resorción ósea (BR) sobre la densidad ósea. Los agentes anti-resorcivos (ej. estradiol) aumentan ligeramente y luego estabilizan la densidad ósea, mientras que los agentes osteogénicos (ej, hormona paratiroidea) pueden provocar un gran incremento de la densidad ósea. Algunos pacientes tiene una baja densidad ósea tal que se necesitan agentes osteogénicos con el propósito de rellenar el esqueleto hasta un punto en que el riesgo de fracturas esté marcadamente reducido o eliminado

humanos. Una vez que un gen de densidad ósea candidato es identificado, estudios funcionales serán necesarios para mostrar que el gen candidato tiene influencia sobre la densidad ósea, con el fin de justificar el uso de este gen en pruebas genéticas (genetic testing) del riesgo de desarrollo de osteoporosis. La completación exitosa de un algoritmo genético para predecir el riesgo de osteoporosis, aunque técnicamente posible, probablemente será muy demandante en cuanto a tiempo y dinero. Perspectivas futuras de la terapia contra la osteoporosis. Muchos pacientes de edad avanzada que sufren de osteoporosis tienen una alta tasa de destrucción ósea, por lo que requieren drogas anti-resorcivas, y una muy baja densidad ósea que se beneficiaría de la terapia osteogénica cuando está disponible. Los

Cuadro 1. Ventajas y dificultades potenciales asociadas con el desarrollo de la valoración del riesgo geonómico para el diagnostico de osteoporosis. Ventajas • Pruebas genéticas pueden ser realizadas en una muestra de sangre que no requiere manejo especial. La sangre puede ser enviada a un centro médico principal; removiendo así la necesidad de que el paciente viaje largas distancias para realizar esta prueba. • La valoración del riesgo genético podría no solo llevar a la identificación de aquellos en riesgo de sufrir osteoporosis, sino también a los potenciales factores ambientales relacionados con estilos de vida determinados que, si son evitados, podrían prevenir el desarrollo de osteoporosis. • Pruebas genéticas pueden también proveer información importante al tratamiento de la osteoporosis. (farmacogenómico, pharmacogenomics en inglés). Un perfil genético puede proveer información acerca de subtipos de enfermedades (enfermedades crónicas, tales como la osteoporosis, son enfermedades multifactoriales con varios subtipos). Esta información ayudará a desarrollar terapias que sean específicas para cada subtipo y podría identificar la susceptibilidad de pacientes individuales a efectos adversos ante una droga. Dificultades asociadas con el desarrollo de la valoración del riesgo geonómico. • Para enfermedades complejas comunes, como la osteoporosis, un gen podría contribuir sólo en un pequeño porcentaje al riesgo de sufrir la enfermedad y, consecuentemente, polimorfismos en un solo gen serían de un modesto valor predictivo. Para este problema es relevante el hecho que ninguno de los genes candidatos que podrían estar involucrados en la regulación de la densidad ósea (ver cuadro 2) es conocido por tener un rol significativo en la regulación de la densidad ósea. Algunos de estos genes candidatos podrían tener un modesto efecto en la densidad ósea, pero esto seria difícil de establecer debido a la limitada sensibilidad de los linkage analyses en humanos (Linkage es la tendencia de los genes y otros marcadores genéticos de ser heredados juntos, debido a su ubicación cercana, el uno del el otro, en el mismo cromosoma. Los linkage analyses son estudios que apuntan a establecer el linkage entre los genes. Fuente: http://www.medterms.com) cuando se intenta identificar genes candidatos

avances en biotecnología e informática tienen el potencial de conducir a nuevas terapias anti-resorcivas y osteogénicas. Éstas caerán en al menos tres categorías: (1) moléculas pequeñas; (2) proteínas; y (3) terapia génica. La tercera categoría incluye terapia celular, un medio a través del cual se puede desarrollar la terapia génica. La terapia ideal será segura, terapéuticamente efectiva y específica contra su objetivo (sin efectos secundarios). Un nivel más alto de especificidad podría ser requerido ya que probablemente existen varios subtipos de la enfermedad. Aparentemente es posible que por lo menos algunos de los subtipos requieran terapia farmacológica específica para ese determinado subtipo. Terapia de moléculas pequeñas (Small molecule therapy). Se ha estimado que, en los próximos 20 años, el Proyecto Genoma Humano proveerá blancos (targets) bioquímicos para la interacción de drogas que serán de al menos un orden de magnitud mayor que lo que ha sido anteriormente utilizado en la historia del desarrollo de fármacos. Se ha estimado que entre unos 5000 a 10000 blancos serán relevantes para enfermedades multifactoriales. En el futuro, el desafío será elegir los blancos que sean, a la vez, seguros y eficaces. Un blanco potencial que aparentemente es específico del hueso es el mecanismo a través del cual el fluoruro (F-) provoca grandes incrementos de la formación y de la densidad ósea. Existe fuerte evidencia de que el mecanismo molecular del fluoruro involucra la inhibición de una fosfotirosil proteína fosfatasa (phosphotyrosyl protein phosphatase) específica del tejido óseo (Fig.

de la densidad ósea. Se anticipa que este problema será superado mediante la combinación de análisis funcionales in vitro, mapeo de genes ( o QTL del inglés quantitative trait loci), y estudios knock-out en ratones, junto estudios epidemiológicos genéticos a gran escala en humanos.

• Para poner el perfil de riego genético en perspectiva, necesitamos contrastar el

riesgo individual con el poblacional. Si un gen que tiene un efecto importante en la osteoporosis ocurre a una baja frecuencia, tendría un riesgo individual alto y uno poblacional bajo. En esta situación, uno podría tratar exitosamente a algunos individuos pero la mayoría de la población no se beneficiaria del análisis de éste gen. Al contrario, si un gen que tiene un menor efecto en la osteoporosis ocurre con una alta frecuencia tendrá un riesgo individual relativamente bajo, pero un riesgo poblacional alto; el tratamiento para el paciente individual sería modestamente efectivo, pero tal tratamiento podría ser muy efectivo para una base poblacional.

• Una vez que encontremos evidencia concreta de los genes candidatos, los estudios genéticos epidemiológicos deben ser realizados con el fin de evaluar la importancia de estos alelos de susceptibilidad y si interactúan con factores de riesgo relacionados con el estilo de vida, incluyendo el tabaco y el ejercicio (interacciones genético-ambientales). Esta última información podría ser importante para la prevención del desarrollo de osteoporosis en aquellas personas que tienen un alto riesgo genético. También serán necesarios estudios epidemiológicos para evaluar el rol de los genes modificadores, genes que pueden influenciar la penetrancia y la expresividad de los alelos de riesgo. • Aun cuando potenciales genes alelos de la densidad ósea sean identificados desde una asociación entre fenotipos y polimorfismos, el alelo correspondiente podría no ser la causa de la enfermedad, y sólo ser un marcador de la enfermedad. (Esta especie de error no debería ocurrir en verdaderos estudios de linkage). En consecuencia, para entender los aspectos fisiológicos y patológicos de un perfil genético, se requerirá de estudios funcionales para verificar los supuestos factores de riesgo genéticos (o genes que son factores de riesgo) identificados por estos medios.

5). Por lo tanto, la identificación y caracterización de esta enzima, o familia de enzimas, podría constituir un importante avance en la terapia osteogénica futura. Otros blancos para la terapia osteogénica de partículas de bajo peso molecular contra la osteoporosis incluyen factores de crecimiento/citocinas y sus receptores, moléculas de señalización de factores de crecimiento (quinasas y fosfatasas), y factores de transcripción específicos de osteoblastos (ej. Cbfa 1, core binding factor a1) Un ejemplo de blanco para terapia de moléculas pequeñas en resorción ósea es la catepsina K (cathepsin K), que sería exclusiva del osteoclasto. Estudios Antisense (?) demuestran que la catepsina K es esencial para la resorción ósea osteoclástica y que la pienodisostosis, una enfermedad genética que se caracteriza por osteosclerosis, es causada por mutaciones nonsense (?) o missense (?) en el gen que codifica catepsina K. De acuerdo a esto, la terapia de moléculas pequeñas para inhibir esta enzima podría ser un efectivo fármaco anti-resorcivo. Recientes estudios biológicos celulares y moleculares sobre los osteoclastos proveen una multitud de blancos adicionales para que la terapia de moléculas pequeñas inhiba la resorción ósea, incluyendo a la osteoprotegerina (osteoprotegerin), un inhibidor específico de la actividad osteoclástica. A favor de la especificidad, el agente terapéutico molecular ideal debe tener perfiles de absorción, distribución y metabolismo apropiados. Todas las drogas anti-resorcivas disponibles hoy en día para el tratamiento y la prevención de la osteoporosis que han sido aprobadas por la Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos (FDA, US Food and Drug Administration) (Ver Tabla 1), tienen perfiles razonables en cuanto a eficacia y efectos secundarios, pero algunos tienen perfiles

de absorción, distribución y metabolismo que apenas cumplen con la norma. Ninguno de estos fármacos es ideal con respecto a todos estos criterios, por lo que se requiere de más investigación para obtener terapias anti-resorcivas mejoradas. Además, un efectivo estimulante de la formación ósea es una mayor necesidad terapéutica para la osteoporosis. Una de la razones de la falta de agentes osteogénicos efectivos es que la mayoría de los agentes conocidos que estimulan la formación ósea, incluyendo todos los principales factores de crecimiento, como los factores de crecimiento fibroblásticos (FGFs), las proteínas morfogenéticas óseas (bone morphogenetic proteins, BMPs), los factores de crecimiento derivados de plaquetas (PDGFs), la familia de factores de crecimiento transformantes β (transforming growth factor β, TGFβ) y los factores de crecimiento semejantes a plaquetas (IGFs), como también la prostaglandina E2 , no son específicos para tejido óseo y todos tienen receptores ampliamente distribuidos a través de todo el organismo. Por lo tanto, parece que la terapia osteogénica de moléculas pequeñas requerirá o blancos más específicos, o medios especiales a través de los cuales se pueda dirigir la acción de drogas inespecíficas exclusivamente sobre el tejido óseo.

Box 2. Productos de los genes candidates a afectar la densidad osea. • • • • • • • • • • • • •

Receptor de vitamina D Receptor de estrógeno Receptor de calcio Receptor de calcitonina Receptor β3 adrenérgico Interleuquina 6 Factor de crecimiento similar a la insulina 1 Hormona paratiroídea Agonista del receptor de interleuquina 1 Colágeno tipo I Osteocalcina Glicoproteína α II HS (α II HS glycoprotein) Colagenasa

Terapia con Proteínas Actualmente, hay una proteína aprobada para el tratamiento de la osteoporosis – la calcitonina de salmón, la que puede ser administrada a través de un spray nasal. Esta terapia proteica tiene muy pocos efectos secundarios. PTH (1-34) es una molécula proteica que está en pruebas clínicas de Fase III para la osteoporosis. Otra terapia proteica que se encuentra actualmente en la Fase III de los ensayos clínicos para terapia anabólica, que podría ser aplicable para la osteoporosis, es un complejo de factor de crecimiento similar a insulina 1 (insulin-like growth factor, IGF-1) y proteína de unión al factor de crecimiento similar a la insulina 3 (insulin-like growth factor binding protein, IGFBP-3) (Ref. 37) Este complejo tiene una vida media sérica mucho más larga y es menos hipoglicémico que IGF sola, una característica farmacocinética que, se piensa, podría ser una ventaja terapéutica. Otro agente terapéutico que se encuentra en la etapa de ensayos clínicos y que es anabólico para el tejido óseo, es el péptido liberador de la hormona del crecimiento (GHRP), que eleva los niveles séricos de hormona del crecimiento y estimula la formación ósea. La gran ventaja de éste agente, por sobre otros agentes que estimulan el eje hormona del crecimiento/IGF (growth hormone/IGF-axis) es que puede ser administrado por vía oral. Todos los agentes que incrementan los niveles circulantes de hormona del crecimiento o de los IGFs también aumentan la resorción ósea, por lo que éste tipo de terapias debería ser acompañada de terapias anti-resorcivas concurrentes. Hay un renovado optimismo por la terapia proteica debido a los anticipados avances en el desarrollo de drogas en proteínas. Al igual que en la administración por vía nasal u oral, se están realizando avances en los sistemas de administración subcutánea, que proveen fármacos sin interrupción por un período de varias semanas o más y que además tienen regulación por retroalimentación negativa. El descubrimiento de un agente osteogénico específico para osteoblastos aseguraría un rol para tal terapia proteica en el tratamiento de la osteoporosis. Terapia Génica Algunos de los genes candidatos identificados por el Proyecto Genoma Humano podrían codificar proteínas osteogénicas y, por lo tanto, tienen potencial como agentes de terapia génica. La terapia génica osteogénica tiene potencial debido a la capacidad innata del esqueleto para regenerarse a sí mismo (la recuperación de fracturas es una forma de regeneración). Como soporte para la hipótesis de que el tejido óseo responderá a los agentes capaces de regenerar el esqueleto existe un estudio pre-clínico de que los genes BMP-4 y PTH, ya sea por solos o combinados, incrementan efectivamente la formación ósea en ratas. Evidencia adicional de que los factores de crecimiento osteogénicos estimulan la formación ósea y

Fig 4. Tomografía computarizada cuantitativa periférica (pQCT). Imágenes de hueso de dos inbred strains de ratones. (a) El hueso de alta densidad (del ratón C3H/HeJ) y (b) el hueso de baja densidad (del ratón C57BL/6J). El hueso mineralizado aparece en blanco, el rojo en la periferia representa bordes de tejido blando y no es relevante para la demostración de las diferencias de la densidad ósea. El espacio medular es mucho más grande en el ratón C57BL/6J que en el ratón C3H/HeJ. Esto es típico de los esqueletos osteoporóticos. Estos dos inbred strains de ratones son cruzados con el objetivo de realizar análisis QTL, los cuales eventualmente identificarán los genes responsables de la diferencia de densidad ósea entre estos dos ratones.

Fig 5 - Un modelo del mecanismo de acción del fluoruro – un agente osteogenico. Factores de crecimiento, como los factores de crecimiento insulínicos 1 (IGF-1), estimulan la fosforilación de las tirosinas de proteínas de señalización. Generalmente, estas señales son posteriormente eliminadas por proteínas fosfatasas fosfotirosinas endógenas PTPPs(esto no kche). Sin embargo, en pacientes tratados con fluoruros, existe una inhibición de una PTPP ósea específica, la cual conduce a una prolongación de la señal mitogénica ósea. Esta PTPP, cuando su secuencia es identificada, puede servir como un blanco para la terapia osteogenica de moléculas pequeñas.

Glosario Agentes anti-resortivos: Compuestos que disminuyen la resorción ósea Resorción ósea: La tasa de destrucción ósea Factor de unión al núcleo a1 (Cbfa1): Un factor de transcripción especifico del osteoblasto; la expresión forzada en la cual en células no osteoblásticas se induce la producción de los principales genes específicos del osteoblasto. Terapia génica Ex Vivo: Procedimiento en el cual células autologas son transfeccionadas IN Vitro con los genes de interés. La población de células autólogas expresando el transgen es introducida en el tejido de interés. Osteoblasto: Células óseas que producen la matriz celular. Osteoclasto: Células óseas resortivas Agente osteogénico: Compuesto que incrementa la formación de hueso Densidad ósea peak: La densidad ósea máxima que existe durante la tercera década de vida. Phage display libraries: Colecciones de clones bacteriófagos que expresan un pequeño y específico producto proteico. Fármacogenomica: Individualización de la terapia del paciente basándose en las variaciones genéticas Marcadores genéticos polimórficos: Marcadores genómicos que son polimórficos en una población y que pueden ser usados en genotipos individuales en análisis de acoplamientos. Loci de Rango cuantitativo (Quantitative trait loci): Método que combina un scaneo genético completo con un fenotipo definido para identificar un sitio especifico del cromosoma, el cual estadísticamente contribuye con el fenotipo que se está analizando.

regeneran al esqueleto es que la introducción local de factores de crecimiento proteicos en los defectos óseos produce un gran incremento en la formación del hueso y en la reparación regenerativa de los defectos. Observaciones en humanos y en estudios preclínicos sugieren que la terapia génica puede ser usada para tratar desordenes óseos. En la Fig6. Se muestran células de un carcinoma de vejiga que ha hecho metástasis con el hueso. Estas células estimulan marcadamente la formación de hueso, presumiblemente a través de un mecanismo que involucra la producción de proteínas osteogénicas por las células metastásicas del cáncer. La metástasis del cáncer de próstata es también osteogénico y ha demostrado producir diferentes tipos de factores de crecimiento, incluyendo los BMP’s. Desde mucho tiempo ya se sabía que células provenientes del tracto urogenital estimulaban la formación de hueso. Células “transfeccionadas” con los genes de factores de crecimiento apropiados, e injertadas en los sitios apropiados del espacio medular deberían, por consiguiente, estimular la formación de hueso en este sitio. Por la razón de que muchos factores de crecimiento están involucrados en la normal proliferación y diferenciación de los osteoblastos en los procesos de formación del hueso, una terapia génica óptima para la regeneración del hueso podría requerir muchos genes que codifiquen para diferentes factores de crecimiento. Tal información será un prerrequisito para una óptima terapia génica para la regeneración de hueso. Existen muchas aplicaciones potenciales de la terapia génica en anormalidades del esqueleto, y en un futuro debería ser posible la utilización de la terapia génica para mejorar la sanación de las fracturas, ya sean traumáticas u osteoporóticas. Además, puede ser posible usar genes de factores de crecimiento en vez de autoinjertos óseos, para promover la fusión de los cuerpos vertebrales en pacientes con discos vertebrales degenerados. Sin embargo, el mayor reto de la terapia génica en el esqueleto será el de aplicarla sistemáticamente con el fin de regenerar ya sea sectores proclives a fractura, como la cadera, o el esqueleto osteoporótico completo. La primera meta de la terapia génica en el esqueleto, ya sea local o sistémica, será la de aprender como insertar eficientemente el o los genes de interés en la células del esqueleto apropiadas. La terapia génica Ex Vivo proporcionaría medios efectivos para la inserción de genes pero posee requerimientos especiales (buena práctica en la fabricación) para los procedimientos técnicos que conlleva esta terapia. Respecto a la inserción de genes In Vivo, nosotros y otros han encontrado que las células óseas diferenciadas, como también las células del estroma óseo indiferenciadas, son de alguna manera resistentes a la transferencia génica. Afortunadamente, este problema se resolverá en un futuro cercano mientras los métodos de inserción celular mejoran.

Las preguntas sobresalientes ¿Porque hay genes involucrados en determinar la densidad ósea peak?¿ Tienen estos genes interacciones con el ambiente? ¿Tiene por sí sola la genética el potencial de identificar pacientes en riesgo de osteoporosis? y si es así, ¿será posible prevenir la osteoporosis en estos? ¿Cuáles son los blancos más apropiados para las nuevas técnicas osteogénicas? ¿Será posible desarrollar una terapia osteogénica que no afecte adversamente a otros orgános?

Figure 6. Microfotografía de una sección de hueso teñida con

Hematoxilina-Eosina de un paciente con cáncer de vejiga que hizo metástasis con el hueso. Los osteoblastos son más grandes y voluminosos y exhiben un Aparato Golgi voluminoso (el área claramente teñida en el citoplasma del osteoblasto), características de las células que son muy activas en la síntesis de la matriz ósea. Además, osteoblastos ocupan la mayor parte de la superficie disponible del hueso. En secciones de hueso de pacientes normales, los osteoblastos son más pequeños, delgados y ocupan el 15%aprox de la superficie ósea trabecular. Este incremento del número y tamaño de los osteoblastos es probablemente consecuencia de las células metastásicas de la vejiga, que presumiblemente producen agentes osteogenicos que estimulan la proliferación y actividad de los osteoblastos. Estas células metastásicas sugieren que si células normales de la médula fueran tranfeccionadas con los factores de crecimiento apropiados, ocurriría una marcada estimulación del número y actividad de los osteoblastos, y por lo tanto, de la formación de hueso. Metástasis osteoblasticas al hueso son de alguna manera inusuales; la mayoría de los cánceres metástasicos al hueso son osteoliticas y causan destrucción del hueso.

Una terapia génica para regenerar el esqueleto osteoporotico completo exitosamente, requerirá también de adelantos en técnicas de GENE TARGETING. Esto es particularmente importante con los factores de crecimiento: La administración sistémica de los genes de factores de crecimiento puede llevar a efectos colaterales indeseables en diferentes órganos del cuerpo. Se han desarrollado anticuerpos monoclonales para identificar específicamente preosteoblastos y osteoblastos diferenciados, y otros anticuperos monoclonales pueden ser desarrollados para marcar otras fases de diferenciación de osteoblastos, usando PHAGE DISPLAY LIBRARIES (ver glosario). La incorporación de regiones uniónantígeno de estos anticuerpos monoclonales en envolturas virales o liposomas puede ofrecer una forma de marcar especificamente genes de células óseas en una determinada etapa de diferenciación. No solamente necesitamos identificar el gen osteogénico en el esqueleto, sino que también, en algunos casos, es necesario marcar el gen en un lugar específico del esqueleto, como la cadera, la cual es la zona más común de fracturas osteoporoticas. Si los mecanismos de identificación para sitios específicos del esqueleto no están disponibles en un futuro cercano, podremos proveer de terapia génica por inoculación local en el sitio de interés del esqueleto. Otro aspecto de la terapia génica es desarrollar vectores que logren la farmacocinética deseada por la proteína producida. Una solución elegante para este problema potencial puede ser la de incluir un promotor inducible en la estructura del gen. Tales promotores podrían ser inducidos por drogas activas oralmente que son especificas para el promotor. Esto proporcionaría una forma de controlar el nivel óseo local del producto del gen osteogénico, y la

¿Probará la terapia génica sistémica ser segura y efectiva?, o tendremos que recurrir a la aplicación localizada en sitios con altas tasas de fracturas? ¿Implicará la regeneración exitosa del hueso un solo gen de factor de crecimiento o serán muchos los involucrados?

duración del tratamiento con el producto del gen de factor de crecimiento local.

Observaciones Finales Las perspectivas para la medicina molecular reflejadas en este artículo, respaldan fuertemente la idea de que una o más de los 3 acercamientos terapéuticos descritos aquí, conducirán a una terapia sistémica para regenerar el esqueleto. Una de las razones para este optimismo es la evidencia que sugiere que muchos individuos viejos mantienen la habilidad de responder a drogas osteogénicas experimentales con un gran incremento en la formación y la densidad ósea. Avances en GENOMIC RISK ASSESMENT tienen el potencial de hacer la osteoporosis no solamente tratable, sino también prevenible.

Traducciones: Pablo Echeverria Francisco Labbé Paula Rozas Luis Ziehe 2º Med-Ucsc_2007