Resumen

La cirugía cardiaca plantea la alternativa terapéutica actualmente más efectiva para la resolución de numerosas cardiopatías; dicha circunstancia ocupa a los investigadores debido a que estas últimas constituyen las principales causas de mortalidad en el ámbito mundial. La aplicación de la biología molecular en la cirugía cardiaca hace posible una atmósfera de expectativas muy interesantes para la medicina y la cardiología contemporáneas, que se observa en el terreno de los trasplantes cardiacos, la aterosclerosis, y la angiogénesis. El presente trabajo constituye un sumario de las principales líneas de investigación actual sobre la aplicación de la biología molecular en la cirugía cardiaca; estas consideraciones podrían modificar la calidad de vida de los pacientes, de manera que su análisis racional es indispensable.

Summary

Cardiac surgery is the actual most effective treatment for cardiomyopathies, issue that makes the researchers more interested in this field, since it is the leading cause of death in the world. The application of molecular biology to the cardiac surgery has created an atmosphere of expectancy and interest for the contemporary medicine and cardiology, which has been released in the heart transplant, atheroesclerosis , and angiogenesis.

The present paper makes a summary of the actual research lines , of this application of the molecular biology to the cardiac surgery, considerations that may change the quality of life of our patients, but in a rational way.

Introducción:

Una de las áreas médicas que mayores cambios ha aportado a la medicina actual es la biología molecular. Ésta incurre hoy en numerosas patologías como un elemento clave del recurso terapéutico e incluso diagnóstico; consecuentemente se inserta en diversos artículos de publicaciones médicas, internacionales y nacionales, que el médico moderno y particularmente el especialista debe conocer.

La cirugía cardiaca no debe ser la excepción en este reto de incorporar en sus procesos a la biología molecular, pues la conjugación de ambas representa actualmente una alternativa terapéutica importante en numerosas cardiopatías de elevada mortalidad en el mundo. Esta incursión en el ámbito cardiológico ocurre primordialmente en dos áreas: la cardiopatía isquémica y la cirugía de trasplante cardiaco; estas dos últimas son fundamento y justificación del presente análisis, el cual deberá realizarse con prudencia, debido a que conjuntamente con el desarrollo de la biología molecular
en una época de profundos cambios sociales, políticos y económicos influenciados por los países industrializados ha propiciado una atmósfera de expectativas en la medicina contemporánea en esta nueva etapa de globalización, que persigue una ilimitada necesidad de gasto por la investigación, orientado hacia una meta: crear un producto comercializable, a expensas de la amortiguación de una ciencia diáfana, que persigue desinteresadamente el conocimiento.

En la práctica médica actual es relativamente común ver cómo se perfeccionan tratamientos paliativos de mayor tecnología y más costo, que convierten a los hospitales en palacios tecnocráticos, divergentes del criterio humanista que debe caracterizar a la atención médica. De esta forma la biología molecular es considerada como la apoteosis del enfoque reduccionista de la ciencia médica, creando la inadecuada medicina de alta tecnología, que podría propiciar en el país más rico la bancarrota. Así, la medicina actual mantiene esa polaridad, a la que debemos darle su debido sentido, por lo que su análisis es esencial.

La terapia génica y el sistema cardiovascular

Las características de cada célula se determinan me- diante la expresión de sus genes, esta última se encuentra condicionada por múltiples variables, así como por la etapa de desarrollo en la que se encuentre. Un ejemplo de esta situación consiste en la producción de actina, muy diferente en el miocardio en comparación con el músculo esquelético, y éste, a su vez, distinto como miocito en la etapa adulta al de la etapa fetal. Se desconocen muchos de los mecanismos de expresión de estos genes.

El músculo cardiaco tiene la particularidad de ser un tejido que no experimenta mitosis celular, supliendo con ello su capacidad de hipertrofiarse con base en su producción proteínica.

La terapia génica permite sustituir la producción de una proteína anormal por la producción de otra con características normales.

Las características del músculo cardiaco lo hacen susceptible de la terapia génica de células somáticas. Estas técnicas involucran la introducción de material genético dentro de una célula blanco que permita la expresión del material que la célula somática tiene defectuoso.

Los factores críticos de esta manipulación de- penden de la eficacia de introducir ese material genético, de reducir la toxicidad de esa introduc- ción y de controlar la cantidad de expresión de ese material genético.

La transferencia génica presenta el siguiente proceso: a) purificación y clonación del ADN deseado; b) conocimiento de la secuencia de control; c) obtención de la suficiente cantidad de células blanco con el propósito de introducirlo; d) introducción en la célula blanco.

Esta introducción puede producirse en laboratorio mediante diversos métodos físicos de eficacia y toxicidad variable. Es común que entre más eficaz es la introducción, ocurre mayor cantidad de células destruidas. El ADN puede precipitarse en fosfato de calcio o dextrano para que se adhiera a la superficie celular, con el paso de una corriente eléctrica sobre la célula, de manera que la carga negativa del ADN pase dentro de la célula. Sin embargo, la introducción del material genético también puede realizarse mediante la utilización de vectores virales y no virales.

En el sistema cardiovascular se han incorporado tanto métodos in vinro e in vivo. La introducción de ADN mediante plásmidos se construye con facilidad in vinro. Sin embargo, esta ruta de aplicación es menos tóxica para las células, pero tiene menor eficacia de introducción y no es aplicable a los tejidos in vivo. Otro método no viral es la introducción del ADN mediante lípidos catiónicos, llamados liposomas de ADN , utilizados ex vivo o in vivo, aunque estos últimos han sido modificados para la utilización de la técnica de complejo liposoma-viral.

La utilización de virus permite la introducción de ADN o ARN, pero no de ambos. Este material permitirá la codificación para la formación proteínica. Se utilizan dos tipos de virus para la introducción del material genético: retrovirus y adenovirus. Los primeros introducen el ARN; asi mismo, contienen transcriptasa reversa para transformarlo en ADN, con el propósito de que posteriormente se incorpore al material genético de la célula somática blanco. Sin embargo, esta técnica requiere que la célula se divida para que se incorpore al material genético original, además de que puede ocasionar mutaciones de este material, al igual que destrucción de la célula. Los segundos contienen ADN, que puede introducir gran cantidad de material genético sin necesidad de replicación celular, aunque lo anterior provoca reacciones alérgicas, ocasionando inflamación del tejido blanco. La aplicación de este material puede lograrse en el corazón mediante la aplicación intracoronaria o a través de su inyección directa al miocardio.I Esta última es la que alcanza los niveles más altos de introducción. Células cardiacas también pueden incluir el ADN mediante el complejo adenovirus-polilisina y plásmidos.

La ruta de transferencia génica depende del tipo de plásmidos de ADN y el tipo de virus que contiene el ADN, siendo que esta última puede inyectarse directamente al tejido pero con el inconveniente de producir la expresión no homogénea o a manera de parches, además de la inflamación oca- sionada por la inyección, en estas circunstancias se prefiere la vía intravascular.

Las células miocárdicas no son las únicas que conforman al corazón, pues además participan células endoteliales y fibroblastos, que también son sensibles a esta manipulación génica bajo las especificaciones de división celular. Ésta mantiene un crecimiento proporcional durante las etapas iniciales del desarrollo; dicha característica se va alterando con la edad, aunado a otros mecanismos fisiopatológicos y a las enfermedades crónico- degenerativas. Las anteriores premisas en lo futuro deben indicar la manipulación génica de estos tejidos.

La terapia génica se incrusta en un nuevo con- cepto que conforma la idea más vanguardista de formar cirujanos cardiacos moleculares, considerando la posibilidad de efectuar trasplantes de corazón sin necesidad de inmunosupresión, eliminan- do las complicaciones que ésta conlleva la dificultad ante el acceso de este tejido, y facilitando la solución del problema de aterosclerosis, hiperplasia de la neoíntima y la angiogénesis. Estos conceptos provocan la modificación de una terapéutica palia- tiva a curativa en el nuevo horizonte.

Trasplante cardiaco

La aplicación de la biología molecular en el proceso del trasplante cardiaco se enfoca en tres áreas generales: reducción de la respuesta inmune, xenotrasplantes y trasplante miocelular.

La respuesta inmune representa una de las premisas que condiciona y determina la sobrevida del injerto cardiaco, así como de las complicacio- nes referentes a la inmunosupresión. La inyección directa al miocardio, así como la infusión continua de factor de transformación bI(TGF-bI), que es una citosina celular con propiedades de inmunosupresión, demuestra un incremento de la sobrevida del injerto cardiaco. De esta forma, su aplicación como liposoma de ADN, después del pinzamiento aórtico durante la procuración, dis- minuye las posibilidades de rechazo.

Los xenotrasplantes de corazón de cerdos transgénicos representan una de las áreas más interesantes de la cirugía cardiaca, pues resuelven el problema de demanda de donadores, así como de aspectos éticos y legales, que conlleva el tras- plante cardiaco. La utilización de corazones de cerdo tiene una aplicación formidable, en respuesta a esa demanda, debido a que de cada camada es posible obtener diez corazones con periodos de gestación de II4 días, y con seis meses para alcanzar su madurez.

Las investigaciones en relación con los xenotrasplantes se abocan a la solución del rechazo hiperagudo, que es determinado por los anticuerpos antigal a I-3 expresados en el endotelio; constituye el principal obstáculo para el xenotrasplante, además ocasiona una reacción de complemento: rompe las células endoteliales, provoca hemorragia intersticial, trombosis plaquetaria e infarto. En este contexto, el programa de investigación realizado en la Universidad de Cambridge con el propósito de obtener cerdos transgénicos tiene como enfoque tres áreas principales: reducir el complejo de respuesta del complemento directamente sobre la membrana, bloqueando la proteína cofactor de membrana humana (hMCP); inhibir la actividad de la proteína C59, CD46 moléculas que bloquean la activación del complemento en el humano; y la formación de cerdos transgénicos con la expresión de factor de reducción de la aceleración humana (hDAF), que representa un segmento de DNA con una región 5´ no transcrita en el primer exón e intrón del gen de DAF en el humano, que se introduce en el pronúcleo del espermatozoide porcino previo a la fecundación; el resultado es que se obtienen cerdos transgénicos a los que se reduce la repuesta del rechazo hiperagudo que se presenta cuando el injerto se realizó en monos.

Otra de las líneas de investigación está enfocada a la manipulación de los ligandos de Fas que interactúan con el CD95/Fas, activando las células T y ocasiona la respuesta para la apoptosis del linfocito.La producción transgénica de CTLA4-Ig de las células endoteliales para reducir la respuesta de los receptores CTLA4 y reducir el rechazo. Sin embargo, otra de las limitantes de los xenotrasplantes es la posibilidad de infección me- diante retrovirus endógenos de transmisión porcina (PERV).

Trasplante de canrdiomiocitos

El principio más importante de la terapia génica aplicada a la cirugía cardiaca consiste en la posibilidad de producir una proteína funcional que logre la restauración del tejido en presencia de una cicatriz, como en el caso del infarto del miocardio, propiciar que el cardiomiocito se reproduzca nuevamente o que otros tejidos, como el del músculo esquelético o de los fibroblastos, se diferencien a cardiomiocitos. Por otra parte, la creación de animales transgénicos que puedan modificar la expresión proteínica de los miocitos, como el caso de la sobreexpresión de los receptores ß2-adrenérgicos,I6 o bien la manipulación de las proteínas encargadas del movimiento de calcio (proteína fosfolamban) mismas que ocasionan un efecto inotrópico positivo. En circunstancias semejantes, el trasplante de cardiomiocitos en un corazón con insuficiencia cardiaca podría ser parte de la solución.

En la tónica de diferencia de la expresión génica, según la etapa de desarrollo en que se encuentra, se ha intentado la implantación de células fetales en miocardio adulto, estas últimas conservan la posibilidad de diferenciarse y dividirse con el objetivo de repoblar el miocardio con una cicatriz ocasionada por un infarto. Los mecanismos de diferenciación celular y crecimiento aún no se definen plenamente. Existe un factor determinado por el cardiomiocito, denominado MyoD, que resulta de extraordinaria importancia en la diferenciación celular; en este sentido, su introducción mediante un adenovirus propicia que estos fibroblastos se diferencien como cardiomiocitos.

Hiperplasia de la íntima

Una de las áreas de mayor interés en la cirugía cardiaca y en la cardiología intervencionista, es el tema de la hiperplasia de la íntima, esa situación condiciona la reestenosis de los vasos y de las anastomosis, con oclusión de los injertos vasculares; este tipo de situaciones reducen el periodo eficaz del procedimiento de revascularización miocárdica, angioplastia y provoca que la aterosclerosis se perpetúe.

Existen diversos genes que regulan la respuesta inflamatoria y proliferativa del músculo liso y, por lo tanto, disminuyen la hiperplasia de la neoíntima.I Estas estrategias están encaminadas a inhibir la interpretación del gen inhibidor de las metaloproteasas, mediante la aplicación de un adenovirus introducido con el gen que codifica la reducción de la expresión del factor básico de crecimiento de fibroblastos (b-FGF). La introducción de un adenovirus a células musculares lisas con el gen para la expresión de la oxidosintetasa y la donación de una proteína inhibidora del retinoblastoma, en su forma no fosforilada,24 han demostrado utilidad en la reducción de la progresión y desarrollo de la neoíntima.

Angiogénesis

Uno de los temas más interesantes de la cirugía cardiaca es la posible manipulación genética o quirúrgica de la respuesta del proceso angio- génico, pues éste plantea expectativas de vida más larga a pacientes con cardiopatía isquémi- ca o bien la posibilidad de alguna terapéutica a

pacientes que ya no la tenían. Tal es la situación de la producción de proteínas involucradas en la angiogénesis y la apertura de colaterales –el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF) y el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)– mediante recombinación génica, o bien de introducción del gen necesario utilizando como vehículo un adenovirus, ya sea para su administración intracoronaria, intramuscular o intrapericárdica.

Conclusión

Sería difícil describir con detalle cada uno de los temas tratados; sólo se plantea un panorama general del espectro aplicativo actual de la biología molecular en la cirugía cardiaca, esta situación repercutirá en mejorar la calidad de vida y los periodos libres de enfermedad de nuestros pacientes. Sin embargo, debemos mantenernos expectantes y cautelosos con los cambios, con el fin de elegir de manera racional la terapéutica más adecuada, en favor de nuestros pacientes.

Agradecimientos

A CONACYT por su apoyo en el programa de becas para maestría en ciencias médicas.

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