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Científicos de la UNAM desarrollan antivenenos de nueva generación

Reportaje. Investigadores del Instituto de Biotecnología de la UNAM diseñan antivenenos, cuyos anticuerpos, son de origen humano y no de suero de caballo, como se realizan los actuales

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En México existen 286 especies diferentes de alacrán, de los cuales cerca de 15 son peligrosos para el ser humano. A lo largo de las últimas décadas, los trabajos liderados por Lourival Possani —investigador emérito del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, campus Cuernavaca— han permitido identificar las toxinas que hacen daño en las especies riesgosas, un trabajo similar a encontrar una aguja en un pajar.

Hace más de cuatro décadas, el científico inició su investigación sobre los componentes del veneno de los alacranes en la UNAM, entre cuyos resultados se encuentran los antivenenos llamados faboterápicos, que han resuelto un problema de salud pública que hasta antes de mediados de la década de los ochenta causaba alrededor de 800 muertes anuales en el país.

Possani Postay ha aislado y caracterizado toxinas de venenos de alacranes de México, Latinoamérica, África, Turquía, Australia, Cuba y EU, pero antes de contribuir al diseño de los nuevos antivenenos su objetivo fue crear una vacuna, que no fue exitosa debido a la poca afinidad —la fuerza con la que los anticuerpos se unen a las toxinas— de los anticuerpos generados.

Sin embargo, ese conocimiento permitió el desarrollo de los faboterápicos más efectivos que existen en el mundo contra la picadura de alacrán y que han sido producidos y desarrollados por farmacéuticas mexicanas. Aún con la gran efectividad de estos antivenenos, los científicos Baltazar Becerril, Lidia Riaño y Lourival Possani lideran una investigación que permitirá desarrollar otra biotecnología mejor, la cual sería de origen humano.

ANTICUERPOS. Los antivenenos actuales se conforman con fragmentos de anticuerpos de caballos generados a través de su inmunización. Mediante la inyección de extractos de veneno de cuatro especies de alacranes de México, los equinos reaccionan ante las toxinas y generan anticuerpos para neutralizarlas. Cuando la respuesta inmune del caballo llega a producir un suero suficientemente protector en contra del veneno, se extrae la sangre y se recupera el plasma que contiene los anticuerpos. Este suero producido a principios del siglo pasado, sin procesar, solía producir reacciones secundarias indeseables a los humanos, por lo que ahora se procesa para producir los fragmentos de faboterápicos F(ab)´2 actuales.

Los antivenenos que se utilizan actualmente con base en esta tecnología son seguros y eficientes, pero siguen siendo de origen animal. Ahora, los científicos del IBt desarrollan un equivalente del antiveneno comercial resultado de manipulaciones de biología molecular, donde usan la información genética de los seres humanos para aislar los genes que codifican para los anticuerpos.

CONCEPTO DE AFINIDAD. De acuerdo con los científicos, la parte más importante para que los anticuerpos reconozcan a sus blancos —en este caso a las toxinas de los venenos de alacrán— es una región que contiene a los “dominios variables del anticuerpo”, que tienen alta variabilidad en la secuencia de aminoácidos y pueden reconocer diferentes moléculas. Ahora bien, el nuevo antiveneno que desarrollan los científicos de la UNAM se obtiene mediante la clonación y expresión de los genes que permiten producir esta parte de los anticuerpos, conocida como fragmento variable de cadena única (scFv por sus iniciales en inglés).

Este formato molecular es la parte funcional de las inmunoglobulinas (anticuerpos) que emplean los investigadores, por su papel en el reconocimiento de las toxinas. Ellos llaman a esta cualidad “afinidad”, esto es, la fuerza con la que los anticuerpos se mantienen unidos a su antígeno, en este caso las toxinas de los alacranes.

El sistema inmune, ante la presencia de algún elemento extraño al organismo es capaz de generar anticuerpos, pero los primeros que se desarrollan no tienen la “fuerza” molecular suficiente para mantenerse unidos a su blanco y eliminarlo. Por ello, ocurre un proceso de maduración que genera anticuerpos más afines que nos protegen contra diferentes patógenos.

Los científicos están imitando este proceso en el laboratorio para aumentar la afinidad de los fragmentos de anticuerpos que reconocen a las toxinas. La primera tarea en este proceso fue identificar los anticuerpos humanos que reconocieran de forma específica las toxinas del veneno de alacrán.

En el laboratorio emplean un sistema llamado “despliegue en fagos” de esas bibliotecas de anticuerpos, con lo que identifican los fragmentos de anticuerpos capaces de reconocer y unirse específicamente a las toxinas. Hicieron la prueba con una de las toxinas más abundantes del veneno en el alacrán de Nayarit (Centruroides noxius), el más tóxico de México. En ese proceso lograron aislar dos anticuerpos que reconocen a las toxinas en sitios distintos.

Posteriormente, el trabajo del grupo de investigación ha consistido en madurar los fragmentos y mejorar su afinidad, de tal manera que sean capaces de neutralizar varias toxinas. Éstas y los anticuerpos tienen una estructura tridimensional que debe “embonar” entre ellos para quedar pegados y ser afines.

En otra sección del laboratorio que dirige Possani, el lugar de trabajo de Lidia Riaño tiene equipo de cómputo en vez de matraces y alacranes que posteriormente serán ordeñados. Es aquí donde la científica realiza simulaciones virtuales de lo que ocurre a nivel atómico en estas moléculas, cómo se neutralizan las toxinas cada vez que hace un cambio, por ejemplo, o si hay una mutación.

Habitualmente, la investigadora realiza mutaciones y observa si hay incrementos en la respuesta con la toxina, maduración, evaluación de variantes, manipula un aminoácido, hace cambios, analiza alguna resistencia. Hace ingeniería molecular de anticuerpos.  

RESULTADOS Y VENTAJAS. Con el desarrollo de estos anticuerpos de origen humano madurados, los científicos han demostrado que es posible neutralizar el veneno de 7 especies diferentes de alacrán, y se avanza en el mejoramiento de nuevas variantes para abarcar la neutralización de un mayor número de ellas. El antiveneno que desarrollan ya reconoce y neutraliza a varios de los venenos de alacrán neutralizados por el antiveneno comercial, y esperan que lo remplace.

Éstas son algunas de las ventajas técnicas y eficiencia de este nuevo tipo de antivenenos, sin embargo, hay más cualidades, como la rapidez con la que hace efecto en el organismo. Los científicos llaman a este proceso “velocidad de difusión”, relacionado con el tamaño molecular de la sustancia que, mientras sea menor, se esparcirá con más celeridad en el organismo. Los faboterápicos obtenidos de los caballos tienen un tamaño molecular de alrededor de 100 mil Daltons (unidad de medida de las moléculas), en tanto que el nuevo antiveneno del IBt sólo tiene una cuarta parte de este valor, por lo que éste se difunde más rápido. Estudios realizados en ratones refieren que después de inyectar el veneno los efectos de intoxicación se vuelven intensos entre los 5 y 10 minutos; una vez aplicado el antiveneno, los síntomas comienzan a desaparecer entre los 20 o 30 minutos posteriores.

Aunque los investigadores todavía llevan a cabo estudios para comparar la velocidad de difusión de los nuevos anticuerpos, aseguran que experimentalmente y de forma preliminar, es mucho mayor que con los faboterápicos.

Otra ventaja muy obvia de los fragmentos de anticuerpos de origen humano es su producción, puesto que se podrían obtener sin necesidad de caballos, los cuales son sometidos a mucho estrés. Además, explican los investigadores, se requieren cuadrillas de equinos y seleccionar aquellos con la mejor respuesta inmune. Refieren que un caballo tiene cierta vida y se podrá explotar cada cierto tiempo, pero con el nuevo proceso sólo se requerirían tres o cuatro reactores biológicos, que son tanques controlados electrónicamente con el cultivo de microorganismos que permitan fabricar anticuerpos y purificarlos. Para escalar la producción del antiveneno y para las farmacéuticas esto es una ventaja fundamental.

PREMIO NACIONAL DE CIENCIAS. En 1995, Lourival Domingos Possani Postay obtuvo el Premio Nacional de Ciencias y Artes por sus investigaciones que desarrollarían los faboterápicos. En ese momento se reconocieron sus aportes en “investigación básica” en el área Físico-Matemática. En diciembre pasado, el científico emérito recibió nuevamente el Premio Nacional de Ciencias y Artes, pero en el área Tecnología, Innovación y Diseño.  

“Las innovaciones que hemos realizado junto con farmacéuticas es lo que ha sido premiado por el comité evaluador. Por ello, es importante que la sociedad mexicana y las autoridades comprendan la importancia de la ciencia básica y que, sin ella, al menos en el área biotecnológica, no es posible lograr la innovación”, refirió en entrevista.

Agregó que necesitan complementar la investigación básica y tener un panel de anticuerpos que posteriormente sean comercializados por las farmacéuticas. El científico refiere que en alrededor de tres años los anticuerpos que apuntalan en el laboratorio podrían ser empleados en ensayos clínicos y probar su inocuidad y eficacia.

El investigador enfatiza que aún tienen que realizar diversas pruebas clínicas antes de que la biotecnología como la nueva generación de antivenenos se comercialice. “Ahora necesitamos complementar esta investigación básica y tener un panel de anticuerpos, que después se podrá comercializar no sólo por compañías como Birmex, sino otras interesada en el mercado. En algunos pocos años realizaremos los ensayos clínicos y probaremos que los nuevos antivenenos pueden salvar vidas y mantener la salud de las personas”.

“Los más buscados”

Las especies más peligrosas de alacranes en México se encuentran distribuidas sobre todo en las regiones que colindan con el Océano Pacífico: centruroides sculpturatus (Sonora y Arizona);  centruroides suffusus (Durango, Nayarit y Sinaloa); centruroides noxius (Nayarit); centruroides infamatus (Colima, Durango, Jalisco, Michoacán, Nayarit, Aguascalientes); centruroides tecomanus (Nayarit, Colima, Jalisco, Michoacán, Guerrero); centruroides elegans (Colima, Jalisco, Michoacán) y centruroides limpidus (Morelos, Guerrero, Michoacán, México).

De acuerdo con Lourival Possani, las entidades más afectadas son Jalisco, Morelos, Guerrero y Michoacán y agregó que el número de casos fatales está disminuyendo gracias al uso sistemático de antivenenos.

De las 700 a 800 muertes registradas entre los años 1970-1980, ahora son menos de 70 las personas fallecidas anualmente. “Eliminamos más de 90 por ciento de casos de mortalidad gracias al uso del antiveneno”.

Indicó que los alacranes color amarillo claro suelen ser los más peligrosos, pero hay otros factores que lo determinan, tales como la distribución geográfica y su morfología; por ejemplo, los más venenosos tienen manchas oscuras en el cuerpo y un aspecto rayado, las pinzas son delgadas, los segmentos de la cola son globosos y cuentan con un aguijón grande.

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