Seminario I - Inmuglobulinas

Universidad Peruana Cayetano Heredia Facultad de Medicina Alberto Hurtado

Curso: Farmacología del Sistema Orgánico

Seminario N°5: Farmacología de inmunoglobulinas antiveneno animales

Alumnos: Nataly Chirinos Montes Débora Contreras Toledo Luis Felipe Macha Quillama Andrea Mendiola Yamasato Juan Pablo Ramirez Ramirez Ruben Ramirez Zegarra Maria Isabel Rosas Pimentel

I.

INTRODUCCION

Objetivos •

• •

Explicar el descubrimiento de las inmunoglobulinas antiveneno a lo largo del tiempo. Analizar los procesos farmacológicos así como el mecanismo de acción de las inmunoglobulinas antivenenos animales. Indicar la aplicación médica actual de las inmunglobulinas antivenenos.

Introducción A finales del siglo XIX, Von Behring observó que los sueros de animales que habían padecido difteria contenían sustancias que neutralizaban el efecto de la toxina diftérica. A estas sustancias, se les denominó anticuerpos, por su capacidad para reconocer a las toxinas bacterianas. En 1937 Tiselius descubre la electroforesis y aplica este nuevo método al fraccionamiento de proteínas plasmáticas, identificando así los anticuerpos como las proteínas del suero que se desplazan más lentamente. Esta fracción recibió el nombre de g-globulina. Tiempo después mediante experimentación con niveles distintos de globulinas se concluye que no todos los anticuerpos son gammaglobulinas, por lo que Hebermans propone el término de inmunoglobulinas para designar a todas las sustancias con capacidad de anticuerpo. Actualmente se conocen cinco tipos de inmunoglobulinas: IgM, IgA, IgG, IgD e IgE. En 1926 apareció en Durango la primera generación de antivenenos. Luego en 1940, se logró la purificación de las inmunoglobulinas de los caballos, hoy continúa con los faboterápicos que neutralizan el veneno sin efectos secundarios. El estudio de antivenenos comenzó al producirse antídotos basados en sueros simples, fundamentalmente de caballo. El procedimiento que se seguía era volver resistente al animal inyectándole cierta cantidad de veneno. Así, al cabo de tres meses producía anticuerpos en su sangre. En el pasado se pensaba que los antivenenos eran más peligrosos que las sustancias tóxicas, porque esos antídotos causaban efectos secundarios. Para evitar la connotación negativa de antivenenos fue necesario crear el concepto de faboterápicos que implica utilizar la fracción de inmunoglobulina purificada y digerida enzimáticamente.

La efectividad del tratamiento antiveneno depende de la potencia del antiveneno y del tiempo que pasa desde el momento del envenenamiento. El antiveneno ideal, debe alcanzar adecuadamente lo diferentes tejidos en los cuales el veneno produce su efecto tóxico y, una vez unido a la toxina, el complejo debe eliminarse rápidamente. Otro aspecto importante es la diferencia en la seguridad de los antivenenos constituidos por un lado por IgG completos, y por otra parte los antivenenos F(ab) y F(ab)2. Los eventos adversos asociados con el uso de antivenenos se relacionan con su pureza y constitución. Se usan Faboterapias como antídotos específicos en el envenenamiento por picadura de escorpión, mordeduras de arañas y diferentes especies de serpientes. La Faboterapia tiene una menor distribución y tiempo de eliminación, así como un mayor volumen de distribución que las preparaciones de inmunoglobulina puras. Con las recientes técnicas de purificación de F(ab)2, el riesgo de alergia, choque anafiláctico o enfermedad del suero son reducidas. Actualmente el Instituto de Biotecnología, Alacramyn, sigue en estudio para poder utilizar los antivenenos en toda Latinoamérica, de manera que sean efectivos contra picaduras de alacranes del sur del continente y ser exportado a todos sus países como Colombia, donde ya se envían cantidades pequeñas de este producto, como cada año en África medio millón de personas son mordidas por serpientes y sólo hay disponibles unas pocas dosis de antídoto. Hace tres años la Organización Mundial de la Salud (OMS) hizo un llamado a los productores de antivenenos para producir mayor cantidad de estos antídotos.

II.

ESTRUCTURA Y CLASIFICACION

Estructura Las inmunoglobulinas vienen a ser moléculas de origen glicoproteico, es decir están compuestas por cadenas polipeptídicas agrupadas en una o varias unidades estructurales básicas. Las inmunoglobulinas son producidas por el sistema inmune en respuesta a la presencia de moléculas u organismos potencialmente dañinos como: virus, bacterias, químicos, etc. La principal función de las inmunoglobulinas es unirse a dicho organismo o compuesto extraño identificados como foráneos, marcándolos para su destrucción. Las inmunoglobulinas constituyen hasta un 20% de las proteínas sanguíneas y son producidas por los linfocitos B, llamados así porque completan su desarrollo en la médula ósea (Bone marrow). La estructura de las inmunoglobulinas está dada por una unidad básica compuesta de dos cadenas polipeptídicas globulares y dos cadenas livianas unidas entre sí por uniones tipo puentes disulfuro. Ambas cadenas presentan una región constante y una región variable. Las cadenas pesadas (H) debido a que tienen un peso molecular de 55.000 dalton se encuentran organizadas en cuatro dominios llamados VH, CH1, CH2 y CH3 (C por constante y V por variables). Las cadenas livianas (L), cuyo peso molecular es 25.000 dalton, se dividen en dos dominios, VL y CL. Los dominios variables de ambas cadenas son los que interactúan con el antígeno, mientras que el extremo constante de la cadena pesada es imprescindible para desencadenar procesos de suma importancia en la defensa frente a agentes extraños. En la FIGURA 1. que representa la estructura básica de la inmunoglobulina, en el dibujo de la izquierda se muestran en rojo las cadenas pesadas y en verde las livianas. El punteado en negro indica el enlace disulfuro. El dibujo de la derecha muestra en azul la región constante y en rojo la región variable. En la zona variable se puede encontrar una zona especializada, llamada zona hipervariable, la cual está formada por 10 a 15 aminoácidos, conformando estos el

receptor idiotípico responsable de la unión con el epitopo (parte de la molécula que será reconocida por un anticuerpo y a la cual se unirá) presente en el antígeno. Algunas partes del anticuerpo tienen funciones únicas, como los extremos de la "Y", por ejemplo, contienen el lugar que se une al antígeno y por tanto, reconoce elementos extraños específicos. Esta región del anticuerpo se llama Fragmento de unión al antígeno o región Fab. El papel que desempeña la base de la "Y" consiste en modular la actividad de la célula inmunitaria. Esta región se llama Fragmento cristalizable o Fc y está compuesta por dos o tres dominios constantes de ambas cadenas pesadas, dependiendo de la clase del anticuerpo. Mediante la unión a proteínas específicas la región Fc se asegura que cada anticuerpo genera una respuesta inmune apropiada para un anticuerpo dado. La región Fc también se une a varios receptores celulares como el receptor del Fc y otras moléculas del sistema inmunitario como las proteínas del complemento. (Figura 2)

Clasificación Las clases de inmunoglobulinas están determinadas por los diferentes isotipos de las cadenas pesadas. •

IgM

Los anticuerpos del tipo IgM son los de respuesta primaria en respuesta a un estímulo antigénico. Caracterizada por poseer capacidad neutralizante, precipitante, aglutinante, fijar complemento, activar la respuesta inmune, sin embargo no atraviesa activamente las membranas biológicas. Esta última propiedad hace que esta inmunoglobulina ejerza su acción normalmente en los espacios intravasculares. •

IgG

Es la más abundante en la sangre, es monomérica y principalmente es producida durante respuestas secundarias a antígenos timodependientes. Sus principales funciones biológicas incluyen fijación del complemento, unión a receptores para Fc en células fagocíticas unión a receptores en células Natural Killer durante la cito toxicidad mediada por anticuerpos (ADCC). Puede atravesar la barrera placentaria para brindar protección al feto. •

IgA

Se encuentra en fluidos como lágrimas, saliva, mucosa de los tractos intestinal y digestivo, en la lecha materna (Los niveles de todas las inmunoglobulinas, a excepción de la IgG en recién nacidos son muy bajos, siendo por tanto de gran significación el hecho de que la IgA se transfiera desde la madre al lactante a través de la secreción láctea) Está formada por dos unidades básicas unidas por una pieza secretora sintetizada por las células epiteliales de las mucosas. Esta pieza secretora es un polipéptido responsable del trasporte de la IgA a través del epitelio. Además la protege de la acción de enzimas

proteolíticas presentes en las secreciones. Es sintetizada en grandes cantidades por acúmulos linfoides y placas de Peyer del intestino. •

IgE

En muchos individuos alérgicos esta inmunoglobulina se presenta en grandes cantidades. El estímulo para su síntesis puede proceder de una gran variedad de antígenos, a los que en este caso se conocen como alergenos. Estos alergenos pueden penetrar en el organismo a través de la piel o de las mucosas respiratoria, ocular, del aparato digestivo, etc., así como por inyectables, como es el caso de la penicilina u otros medicamentos. La vida media de la IgE en sangre periférica es de 24-48 horas. No tiene capacidad de atravesar la placenta, por lo tanto, las reacciones de hipersensibilidad inmediata no pueden transferirse de manera pasiva de la madre al feto. Sin embargo, puede existir una predisposición de tipo familiar a padecer enfermedades de naturaleza alérgica. Esta predisposición parece estar relacionada con una tendencia a producir anticuerpos de tipo IgE en la respuesta secundaria frente a antígenos, en lugar de IgG que sería la respuesta normal en individuos no alérgicos. •

IgD

La concentración de esta inmunoglobulina en suero es muy baja. Es una inmunoglobulina unida a membrana de los linfocitos B. Su presencia en conjunto con IgM confiere inmunocompetencia a estos linfocitos. Está prácticamente ausente en el suero.

III.

MECANISMO DE ACCIÓN

La unión del antígeno con el anticuerpo o inmunoglobulina es muy semejante a la que se establece entre la enzima y su substrato. Forman múltiples enlaces no covalentes, que por sí solos son uniones débiles. La inmunoglobulina se une al antígeno en unos lugares determinados conocidos como epítopos. Los epítopos de un antígeno están formados por aminoácidos consecutivos en la secuencia de la proteína, como las proteínas se encuentran normalmente dobladas entre sí mismas según lo que se llama estructura terciaria, los anticuerpos generados contra este tipo de epítopos solo reconocerán a la proteína desnaturalizada y por eso se les llama epítopos lineales. Las inmunoglobulinas se unen a los epítopos de los antígenos por sus sitios activos, que son las cadenas pesadas y ligeras. Esta zona de unión se conoce con el nombre de parátopo. (Ver FIGURA 3) Tras la unión con el antígeno, la inmunoglobulina puede anular la acción del antígeno por neutralización, precipitación o aglutinación. Estos fenómenos por sí solos no son suficientes para la destrucción y eliminación de éstos. Para ello las inmunoglobulinas requieren la colaboración de otros elementos tales como macrófagos, polimorfonucleares o células NK. Se puede decir que las inmunoglobulinas, al detectar los antígenos y producir la unión con ellos, actúan como transductores de la información generando la destrucción de los antígenos por los macrófagos, polimorfonucleares o células NK.

Opsonización Cuando se produce la unión entre antígeno e inmunoglobulina, se producen una serie de cambios alostéricos en el extremo Fc de la inmunoglobulina que hacen que se una a receptores que se encuentran en la membrana de macrófagos y polimorfonucleares. A este fenómeno se llama opsonización. Al producirse esta unión los macrófagos se activan iniciándose el fenómeno de fagocitosis y subsiguiente destrucción de los complejos antígeno-anticuerpo por los procesos líticos intracelulares propios de la acción de las enzimas contenidas en los lisosomas de éstas células.

Estos receptores pueden ser de distinta naturaleza, conociéndose en la actualidad 3: (CD64), FcgRII (CD32) y FcgRIII (CD16). Además de los macrófagos, estos receptores se encuentran en células como plaquetas, linfocitos B y NK. Cuando se produce la unión a células NK, éstas se activan y lisan a las células portadoras del antígeno por un mecanismo conocido como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos. Algunos de estos receptores se encuentran en mastocitos y basófilos, en estos se puede unir la inmunoglobulina activándolos y produciendo algún proceso de hipersensibilidad que puede ser grave. (Ver FIGURA 4.) Lisis por complemento Cuando la inmunoglobulina que se une a un antígeno es de las clases M o G, en sus extremos Fc se producen ciertos cambios alostéricos gracias a los cuales éstas adquieren la propiedad de fijar y activar uno de los componentes del complemento.. Las fracciones activas del complemento poseen diferentes acciones de gran importancia en la defensa del organismo, una de las cuales es la lisis celular. (Ver FIGURA 4.) IV.

APLICACIONES MÉDICAS

La aplicación médica de las inmunoglobulinas antivenenos, llamada seroterapia, es similar al mecanismo de las vacunas, sólo que en vez de inducir la inmunidad en el paciente directamente se induce en un animal huésped. Luego se extrae la sangre y se prepara un suero, un antiveneno con las inmunoglobulinas producidas por el huésped. La persona a la que se le es suministrado el suero es inmunizada pasivamente. Además tampoco son utilizados a manera de prevención, tampoco pueden reparar daños ya causados, se les debe administrar rápidamente después de ser expuesto a un veneno y este se neutraliza, mas no revierten los daños. Las inmunoglobulinas antivenenos son extraídas de la sangre de los animales huésped junto con una serie de proteínas séricas innecesarias para el tratamiento. Esto causaba reacciones alérgicas en los pacientes y una enfermedad conocida como la enfermedad del suero. Por ello se recurrió a fraccionar las inmunoglobulinas, separando las demás proteínas séricas que causaban las reacciones adversas, sobretodo la albúmina, de las que servían para neutralizar el veneno. Estas inmunoglobulinas altamente enriquecidas eran utilizadas para la llamada seroterapia de segunda generación aún utilizada en la actualidad que consiste en la administración de sueros antiofídicos. Sin embargo, con nuevos estudios de enzimas proteolíticas sobre las inmunoglobulinas se descubrió que se podía separar el fragmento de la inmunoglobulina responsable de la función neutralizante del fragmento responsable de las funciones efectoras de los anticuerpos. La parte responsable de la función neutralizante eran los fragmentos de cadena pesada que estaban unidos a las cadenas ligeras, dejando de lado al fragmento Fc, estos fragmentos Fab actúan neutralizando la toxina de manera muy similar a las IgG

completas. Las inmunoglobulinas digeridas con pepsina, eran cortadas justo en la zona de bisagra que separaba el fragmento Fc del llamado Fab2 (responsable de la función neutralizante). (Ver FIGURA 5). Se utiliza Fab2 en lugar de Fab, debido a que el segundo tiene un menor peso molecular y por ende un tiempo de vida media menor. La forma de excreción de los complejos Fab2-veneno no está identificada aún, pero se cree que el tejido reticuloendotelial están estrechamente involucrados. El uso de estos fragmentos es llamado Faboterapia, o seroterapia de tercera generación y es un nuevo método que está cambiando la antigua asociación de los sueros o seroterapia a los efectos adversos. Estos fragmentos tienen reducido tanto su tamaño como sus propiedades inmunogénicas y antigénicas eliminando sus reacciones de hipersensibilidad. Además tienen una mejor llegada al compartimiento extravascular por lo que son más eficientes neutralizando componentes de los venenos que actúan fuera del sistema circulatorio. Sin embargo, la faboterapia es relativamente reciente y la seroterapia de segunda generación sigue siendo muy utilizada. Se debe decir que ante el caso de cualquier envenenamiento se debe utilizar una terapia específica para cada veneno, ya que cada suero solo funciona para los venenos antígenamente relacionados. Si bien existen sueros monovalentes, que son válidos para un tipo de veneno solamente, también existen los polivalentes que son útiles para varios tipos. Un suero específico para un tipo de veneno puede ser eficaz neutralizando ciertos aspectos de otro veneno, pero no va a ser tan eficiente como un suero que tenga las propiedades neutralizantes de todos los efectos del veneno que ha afectado al paciente. Muchos anticuerpos recombinantes son ya una realidad terapéutica para varios tipos de neoplasias, leucemia, linfomas, enfermedades autoinmunes e infecciones virales y, también, para ayudar a evitar rechazos en transplantes de órganos. Es posible preveer que este tipo de enfoque va también a alcanzar el nicho de los antivenenos, en particular el caso de los venenos de baja complejidad (aquéllos que sólo tienen uno o muy pocos componentes tóxicos para mamíferos). Un punto muy importante en el uso de inmunoglobulinas antivenenos es la prueba de sensibilidad, esta prueba se realiza diluyendo 1 ml. de suero puro en 9 ml. de agua destilada o solución fisiológica. De la dilución 1/10 se aplica 0,1 ml. por vía intradérmica, en la cara anterior del antebrazo, y se espera la reacción. Si a los 10-15 minutos la zona de aplicación no se enrojece, entonces el paciente es negativo. Si la zona de aplicación se enrojece, entonces el paciente es positivo y hay que desensibilizarlo para poder aplicar el suero sin el riesgo de que se presente un shock anafiláctico.

V.

CONCLUSIONES

1. La primera generación de antivenenos apareció en 1926 y en 1940 se logró la purificación de las inmunoglobulinas de los caballos. Actualmente se utiliza la Faboterapia que neutraliza el veneno sin efectos secundarios, consiste en utilizar la fracción de inmunoglobulina purificada y digerida enzimáticamente.

2. La función principal de las inmunoglobulinas es unirse a organismos extraños identificados como foráneos, marcándolos para su destrucción. Las inmunoglobulinas constituyen hasta un 20% de las proteínas sanguíneas y son producidas por los linfocitos B. 3. Las inmunoglobulinas se unen al antígeno en lugares determinados conocidos como epítopos, proceso conocido como opsonizacion; anulando la acción del antígeno pero para ello requieren la colaboración de macrófagos, polimorfonucleares o células NK.

4. Las inmunoglobulinas antivenenos no revierten el daño ni lo preveen, sólo neutralizan el veneno para evitar mayo daño.

5. En el uso de inmunoglobulinas antivenenos es importante la prueba de sensibilidad, esta prueba se realiza diluyendo suero puro en agua destilada o solución fisiológica. Esto para evitar el riesgo de que se presente un shock anafiláctico.

VI.

ANEXOS

FIGURA 1. Estructura básica de inmunoglobulinas

FIGURA 2. Lugar de unión del antígeno

FIGURA 3. CDR de la cadena ligera y su unión al epitopo

FIGURA 4. Opsonizacion y lisis

FIGURA 5. Proteólisis de una inmunoglobulina por pepsina

VII.

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