- Las moléculas de ARN son muy parecidas al ADN, el material químico del que están hechos los genes, pero con ligeras diferencias.
Redacción
Ciudad de México
En diciembre de 2020 la revista científica Science, una de las más importantes del mundo, calificó como “hito científico del año” la obtención de vacunas efectivas contra el SARS-CoV-2, el coronavirus que causa el covid-19. Estas vacunas, como seguro recordarás, se usaron para inocular a la humanidad en medio de la vorágine de la pandemia provocada por ese virus. La irrupción de esta nueva enfermedad a finales de 2019 hizo crujir los sistemas sanitarios de todos los países porque era nueva y hacían falta medicamentos que la aliviaran. Como fichas de dominó, el contagio viral iba de país en país y los convertía en gigantescos focos de infección. China, Singapur, Italia, España, Estados Unidos, México… Así hasta cubrir todo el orbe. También como fichas de dominó, uno detrás de otro los países entramos en un confinamiento estricto, encerrados a cal y canto en nuestras casas. China, Singapur, Italia, España, Estados Unidos, México… La crisis cimbró en paralelo al mundo médico. ¡Qué agobio!
Atónitos, desconcertados y con miedo veíamos las noticias ávidamente. Además de padecer aquella encerrona, algunos estudiábamos artículos científicos para seguir en tiempo real la evolución del coronavirus, así como el desarrollo biotecnológico de nuevos medicamentos para contrarrestarlo. En medio del pandemónium de 2020, en el Laboratorio de ARNM y Cáncer del Instituto Nacional de Cancerología (Incan), uno de nosotros (Greco) escribió un proyecto para trabajar con ARN mensajero (ARNM) con fines terapéuticos, una tecnología que llevaba revoloteando en muchos laboratorios del mundo al menos desde la década de los años 1990 pero que no terminaba de cuajar. Desde sus estudios de doctorado en épocas lejanas Greco también trabajó continuamente con ARNM en la mosca Drosophila melanogaster.
Las moléculas de ARN son muy parecidas al ADN, el material químico del que están hechos los genes, pero con ligeras diferencias: en vez de timina y desoxirribosa, algunas de las moléculas que componen el ADN, el ARN tiene otras llamadas uracilo y ribosa. Además, mientras que el ADN es una doble hélice, el ARN es una hélice sencilla. Dentro de las células, el ARN copia los genes en el núcleo celular y lleva esa copia hasta los ribosomas, estructuras que se encargan de leer el mensaje para producir una proteína específica. Es como si alguien en una biblioteca fotocopiara las instrucciones de un libro y le llevara la copia a alguien más en la sala de juntas para que fabricara una máquina. Las proteínas son como las máquinas del cuerpo, encargadas de infinidad de funciones. Las moléculas de ARN que hacen ese viaje se llaman ARN mensajero (ARNM).
Entre 1988 y 1994 Robert Malone, en el Instituto Salk, en Estados Unidos, y el bioquímico sueco Peter Liljeström, del Instituto Karolinska, en Estocolmo, hicieron experimentos para ver si se podía usar el ARNM en un tipo distinto de terapia: tal vez si en una célula se introducía una molécula de ARNM diseñada en el laboratorio era posible utilizar los ribosomas para fabricar las proteínas in situ. Así no haría falta usar medicamentos tomados o inyectados ni emplear terapias que modificaran los genes: no hace falta tener una muestra de ADN que copiar, pues las instrucciones están ya en el ARNM y las células se convierten en sus propios laboratorios. La idea es genial, pero por décadas muchos laboratorios en el mundo trataron de hacer terapias o vacunas con ARNM sin éxito, ya que cuando estas moléculas entran al cuerpo las células de nuestro sistema inmunitario no las reconocen como propias, determinan que estamos siendo infectados por algún virus y las destruyen inmediatamente. El problema de suministrar ARNM sintético sin que sea degradado por el organismo se volvió un quebradero de cabeza para los científicos. Tras décadas de arduo trabajo infructuoso casi todos los laboratorios del mundo abandonaron el proyecto.
Por el año 2003, en una tarde de verano, una investigadora húngara llamada Katalin Karikó, que trabajaba en el laboratorio del estadounidense Drew Weissman en la Universidad de Pensilvania, tuvo un chispazo de genialidad: tal vez la solución era tratar de fabricar ARNM que contuviera algún tipo de componente artificial; al no existir en la naturaleza, en las células no habrían evolucionado sistemas de defensa contra estas moléculas diseñadas en el laboratorio y no las identificarían como microorganismos patógenos a destruir. Inmediatamente se lo contó a Drew y estuvieron de acuerdo en que era un camino prometedor.
Tipos de ARN
La revolución biomédica del ARNM terapéutico
La mayor parte del ARN en las células forma tres tipos de moléculas: el ARNM, el ARN ribosomal (que forma los ribosomas) y el ARN de transferencia (ARNT, que ayuda a los ribosomas a leer el mensaje de los ARNM). Además de estos tres, en los últimos años se ha descubierto una pléyade de pequeñas y muy diversas moléculas de ARN que regulan la actividad de miles de genes. Aquí ejemplificamos algunas: ARN circular, ARN largo no codificante, ARN interferente, ARN de horquilla corta y ARN pequeño nuclear.
Karikó tiene una personalidad fuerte y una voluntad férrea para concentrarse y conseguir sus objetivos, pero también ojos amables y un trato gentil. Trabajó sin cesar, y las fallas y decepciones en el laboratorio no la disuadieron de que iba por buen camino; tenía la intuición de que había que intentar nuevas estrategias experimentales. Así fue como siguió trabajando con ARNM como molécula terapéutica mucho después de que otros equipos abandonaran esos estudios. Tras probar con un buen número de compuestos sintéticos, en 2005 Karikó y Weissman hallaron que uno de ellos, la pseudouridina, podía sustituir el uracilo que naturalmente se encuentra en los ARNM de todas las células. Al fabricar en el laboratorio ARNM que contiene pseudouridina e inocularlo en ratones experimentales observaron que no se disparaba la temida respuesta inmunitaria, por lo que el ARNM suministrado no era degradado. Minutos después, sus ARNM, que habían logrado llegar a las células del ratón, fabricaban la proteína deseada. Karikó y Weissman hicieron pruebas para diferentes ARNM con información de diversas proteínas al azar, sólo para comprobar que no se degradaban. El mismo año probaron esta misma técnica en células dendríticas humanas —un tipo de célula inmunitaria— inoculando ARNM bacterianos o ARN sintéticos. En estos experimentos los ARNM tampoco fueron degradados.
Nanopartícula lipídica
La revolución biomédica del ARNM terapéutico
Nanoesferas, también llamadas nanopartículas lipídicas, hechas de diferentes tipos de lípidos. Se utilizan para transportar algunos ARN, como los ARNM en el caso de las vacunas.
Otro aspecto crucial en el éxito de las moléculas de ARNM terapéutico fue desarrollar un sistema que pudiera transportarlo por el torrente sanguíneo y hasta las células correctas. Para hacer esto el ARNM sintético que contiene la información genética para hacer la proteína deseada se mete en una nanoesfera de lípidos —también llamada nanopartícula de lípidos—, una microscópica gotita hueca de grasa que se fabrica de manera sintética y controlada. Luego se introducen en ella las moléculas de ARNM y se inyectan en el cuerpo, como una botella que se arroja al mar con un recado. Sólo que, a diferencia de la botella, que está a merced de las corrientes y de la suerte, las nanoesferas contienen en su superficie una combinación de lípidos y, en algunos casos, moléculas específicas para reconocer células del sistema inmunitario y otros tipos celulares, como células hepáticas y endoteliales, una especie de “Waze molecular” que les indica cómo llegar a su destino. Una vez que han llegado a sus células objetivo las nanoesferas se fusionan con ellas y liberan en su interior el mensaje genético que portan en forma de ARNM. Entonces, los ribosomas producen la proteína anhelada. La incorporación de pseudouridina a las moléculas de ARNM junto con su transporte en la sangre dentro de nanoesferas llevaron al éxito. Con ello emergía una nueva tecnología en biomedicina que tendría un enorme impacto clínico y comercial.
Pronto Karikó se convirtió en vicepresidenta de la compañía biotecnológica BioNTech, en Maguncia, Alemania, fundada en 2008 por los médicos oncólogos Ugur Sahin y su esposa Özlem Türeci para desarrollar tratamientos contra el cáncer. Con Karikó en primera fila, alrededor del año 2010 BioNTech comenzó a desarrollar moléculas de ARNM que expresan proteínas de células cancerosas, de modo que los ratones inoculados disparaban una respuesta inmunitaria contra los tumores que tienen esas proteínas y destruyen las células que los forman. Con estos experimentos tenían la esperanza de preparar vacunas contra esas proteínas. En paralelo, en Estados Unidos la compañía Moderna desarrollaba la misma tecnología.
Entonces en 2020 llegó la pandemia de covid-19 y con ella la urgencia de desarrollar nuevos fármacos contra el virus causal, como vacunas de ARNM. Con lo que ya se había avanzado experimentalmente estos equipos de investigadores decidieron tratar de hacer ARNM que expresara una molécula del coronavirus, con la esperanza de que el sistema inmunitario humano la reconociera y produjera anticuerpos contra éste; así, durante una infección con el virus real el cuerpo estaría listo para destruirlo. Es decir, hacer una vacuna de ARNM. Los ARNM vacunales producían la proteína S (spike, o pico), que está en la parte exterior del virus y le da su aspecto de corona solar. Esta proteína es la responsable de que el virus reconozca las células humanas del sistema respiratorio para infectarlas. Durante la pandemia la prisa por obtener la vacuna era tal que las fases clínicas en las que se estudian la inocuidad y la eficacia de cualquier vacuna, y que se realizan una detrás de la otra, se hicieron de manera simultánea para ahorrar tiempo.
Cuando probaron la técnica en humanos, ¡funcionó! La compañía Moderna obtuvo el mismo resultado. Así, en menos de un año habían desarrollado las primeras vacunas de ARNM, un tiempo sorprendentemente rápido, ya que antes de la tecnología de ARNM las vacunas requerían entre cinco y 20 años para salir al mercado. ¡Sí, en 2020 el ARNM terapéutico era el hito científico del año!
La revolución biomédica del ARNM terapéutico
Resonancia magnética de la glándula prostática. En la imagen se observa que tiene un tamaño aumentado. Radiological imaging/Shutterstock
En mayo de 2023 BioNTech anunciaba su primera vacuna contra cáncer de páncreas, y para enero de 2024 Moderna publicaba la suya contra melanoma. Una revolución en biomedicina ha comenzado. La fabricación en el laboratorio de ARNM que porta la información genética terapéutica y no es degradado por el organismo constituye uno de los logros más revolucionarios de la medicina moderna. Por ello, en octubre de 2023 Karikó y Weissman fueron galardonados con el Premio Nobel de Medicina y Fisiología. Además de ser clave para detener la pandemia de 2020 han abierto nuevas avenidas experimentales para una posible cura del cáncer.
En el Laboratorio de ARNM y Cáncer del Incan, liderado por Greco, llevábamos años trabajando con ARNM para otros estudios, pero, a partir del desarrollo de las vacunas de ARNM de BioNTech y Moderna contra el coronavirus, a fines de 2022 conformamos un excelente equipo de trabajo, al cual se unieron la doctora Dora Vélez y la maestra Blanca Licia Torres para desarrollar el primer prototipo de vacuna de ARNM en México. En este caso, va dirigida contra cáncer de próstata, la segunda causa de muerte por cáncer en varones en nuestro país y la cuarta en el mundo.
La vacuna consiste en moléculas de ARNM que porten la información genética para expresar fragmentos de proteínas que se encuentran en gran abundancia en tumores de próstata. Esto disparará una respuesta inmunitaria contra esas proteínas, con el fin de destruir el tumor. Primero probamos el funcionamiento de los ARNM en experimentos in vitro, posteriormente los analizamos en células en cultivo y luego en ratones para ver si dichos ARNM generan una respuesta inmunitaria contra las proteínas de cáncer de próstata. El proyecto que Greco comenzó a escribir en la cuarentena de 2020 había cobrado vida.
Hoy nuestro laboratorio es un trajín de experimentos in vitro y en ratones; el entusiasmo y conocimiento de Dora y de Blanca hacen que parezcan fáciles. Juntos, con el apoyo del Incan y del Conhacyt, estamos escribiendo mensajes esperanzadores contra este padecimiento y pronto los meteremos en una botella para luego arrojarlos al mar. Esperemos terminar nuestro recado con prisa y con poesía, y que logre funcionar.
