Resumen

Me gustaría compartir con ustedes adónde estará el futuro de la otología. Es la otología en la era post-genómica y cuando hablamos de medicina post-genómica se trata de medicina molecular.

¿Y qué es la era post-genómica? En una revista TIME de julio de 2000, aparecen dos personas en la portada y el texto dice: "La historia de cómo dos rivales enconados mapearon nuestro ADN en un hito histórico que cambió la medicina para siempre".

¿Qué significa esto para la otología? Con el término de la secuenciación del genoma y la identificación de todos los genes importantes para al función del oído, debemos ser capaces de utilizar esta nueva información para prevenir enfermedades al oído y, en particular, las pérdidas auditivas neurosensoriales.

¿Qué es un gen? ¿Por qué el genoma es un asunto tan importante? ¿Por qué me emociona tanto esto? Los genes están codificados en el ADN y son una receta para la fabricación de proteínas. El ADN es el idioma químico escrito; de hecho, son palabras de cuatro letras, ACTG: A significa adenina, T timina, C citosina y G guanina.

En nuestro cuerpo existen, aproximadamente, 50.000 genes, lo que significa que existen 50.000 proteínas distintas que se fabrican en él. En primer lugar, todos sabemos que el cromosoma contiene el ADN, y el ADN tiene los genes en una estructura de doble hélice. Este ADN se debe traducir, convertir en ARN y éste se transcribe para la producción de proteínas. Por tanto, se debe transcribir este mensaje en proteínas. Para hacerlo necesitamos factores de transcripción y es aquí donde éstos se vuelven tan decisivos. Luego, las distintas proteínas permiten la existencia de distintos tipos de células. Para producir células sensoriales, necesitamos determinadas proteínas, lo mismo para músculo, cartílago, etc. Las células nos hacen a nosotros y cada individuo es, por lo tanto, distinto. El genoma es el documento maestro de la vida, codificado en el ADN. Las simples alteraciones o los defectos en el genoma pueden derivar en enfermedades óticas y también pueden determinar la susceptibilidad, gravedad, progreso y pronóstico de ellas. En otras palabras, todos clasificamos la pérdida auditiva neurosensorial como una enfermedad, y no es así. Esta pérdida auditiva neurosensorial se debe a muchos factores y su curso clínico, gravedad, progreso, incluso su pronóstico, están determinados por nuestros genes.

La medicina molecular es una gran industria. Los genes, la función de éstos y la sordera hereditaria están entre los temas que debemos aprender. También buscaremos genes de susceptibilidad a enfermedad y patogenia molecular. Usaremos esta información genómica para encontrar una nueva droga, llamada farmacogenómica. Muchas grandes empresas farmacéuticas invierten cientos de millones de dólares en esta industria. Por ultimo, nos gustaría saber si podemos tener una terapia celular y genética para las enfermedades del oído.

Hasta ahora existen 77 loci mapeados en cromosomas para genes de pérdida de audición y se sabe que 51 genes están relacionados con pérdida auditiva no sindrómica, sin mencionar siquiera la sindrómica. Creemos que existen alrededor de 200 genes, cuando no más, asociados con pérdida auditiva. Existen varios genes cuya mutación, tanto en humanos como en ratones, causa enfermedades o defectos auditivos. Uno de ellos, el 7, es un receptor en la superficie celular; en cambio, el 10 codifica para proteínas de la matriz extracelular. Cualquiera de ellos puede causar pérdida auditiva. En el oído existen 35 tipos de células; sólo en la cóclea hay 26 tipos.

La función principal de estos tipos celulares estaría relacionada con la homeostasis del oído interno, de la cual sabemos muy poco. Conocemos un problema de esta homeostasis que causa la enfermedad de Mèniere, pero ahora encontramos que existen muchos más. La causa de la sordera sería la disfunción de tipos celulares relacionados con la homeostasis del oído interno. Uno de ellos es muy importante y se denomina conexina, que es un canal proteico. Cuando las células se contactan, se comunican por este canal.

Existen tres defectos en proteínas de conexina que causan sordera hereditaria. No hablo de canales de potasio u otros tipos de canales. La conexina 26 es particularmente importante, porque es la mutación principal en la población norteamericana y europea. Es causa de implantes cocleares en los Estados Unidos y Europa, y estoy seguro de que Chile no sería muy distinto, en vista de sus antecedentes hereditarios. Ahora bien, existen dos clases de conexina 26: la primera se expresa sólo en tejido conectivo, que es el ligamento espiral, la otra está presente en células de sostén epitelial. Lo importante es que la mutación de la conexina 26 es la mutación más frecuente en la sordera hereditaria. Si miramos los implantes de cóclea, vemos que, en los Estados Unidos, más de 50% de los implantes cocleares se deben a mutaciones de la conexina 26, por eso nos interesa tanto esta conexina. Si pudiéramos repararla, podríamos prevenir 50% de la sordera en poblaciones norteamericanas y europeas. Asimismo, encontramos otras proteínas que son muy importantes.

Antes pensábamos que la regulación de agua del oído interno era pasiva, pero hemos encontrado que no. Existe un canal de agua o aquaporina, y las aquaporina 1 hasta la 9, es decir 1,3,4,5,7 y 9, están todas expresadas en el oído interno, pero están organizadas regionalmente, lo que significa que la regulación de agua en el oído interno se controla regionalmente. No sabemos con exactitud lo que esto significa, en términos de fisiología o patología, pero lo que sí sabemos es que si hay una mutación en la aquaporina 4 que se expresa en esta célula de sostén, eso causa sordera hereditaria, pero no sabemos más.

Yo soy especialista en microscopía electrónica, después de mi residencia, en ejercicio en la universidad de Harvard. Nos interesaba saber cómo estaría organizada la célula ciliada. Todas las células, incluso éstas, tienen una membrana y una estructura citoesquelética, y son como una ciudad. Tienen servicio de correo, tienen proteínas motoras, necesarias para transportar cosas y moverlas. Podemos ver, por ejemplo, las proteínas de miosina. Existen varios tipos de miosina, que es una proteína de los músculos, pero las miosinas no convencionales se expresan en otras células, en particular en las células ciliadas, en lugares determinados. Así tenemos la miosina VIIa, XV, I, etc. Hasta ahora, la falta de miosina VIIa y XV causan sordera hereditaria. También existen otras proteínas motoras y citoesqueléticas que causan sordera hereditaria. No sabíamos cuan críticas podían ser la matriz extracelular, la membrana tectoria y la membrana basal, y ¡vaya si son importantes! Si existe una mutación en la proteína del colágeno en estas estructuras, todas causan sordera.

Otro asunto es que los mayores avances en pruebas auditivas, particularmente en niños recién nacidos, son las emisiones otoacústicas. Sé que algunos de ustedes son audiólogos y esto es un punto que nos interesa mucho. El oído tiene la capacidad de emitir sonido, lo que llamamos emisiones otoacústicas. Esto se debe a la actividad motora de las células ciliadas externas. Así, las emisiones otoacústicas son la expresión de la funcionalidad de las células ciliadas externas. Esta actividad motora celular se debe a que la membrana celular de las células ciliadas externas contiene una proteína, conocida ahora como prestin.

En otras palabras, nosotros siempre entendimos las células ciliadas sólo como una célula, pero ahora estamos entendiendo su estructura molecular. Sabemos que la función de las células ciliadas se debe comprender a nivel proteico.

El oído se desarrolla a partir de la placa ótica, vesícula ótica, para transformarse en una estructura elaborada y compleja en el oído interno. En pollos, el oído interno se forma en 13 días, de una vesícula simple a una estructura compleja, en un proceso notable. Hasta ahora se han encontrado 40 genes que participan en el desarrollo del oído. De estos 40 genes, el más importante tiene relación con factores de transcripción. Ya hemos mencionado qué significa esto para el paso de la información del ADN a proteínas.

Éstos son muy importantes porque, por ejemplo, si la stria vascularis es causa importante de sordera, ¿podemos construir una stria vascularis? ¿Por qué no? Es posible. Hace algunos años nos divertíamos con un modelo plástico de un oído artificial; Backante fue capaz de construir un oído humano, usando células madre de hueso ilíaco y aunque no fue posible implantarlo en seres humanos, sí pudo implantarlo en ratones. Ustedes habrán visto la portada de una revista con una gran oreja en el lomo de un ratón. Lo que no sabemos es cómo regenerar vasculatura y nervios, aunque ahora sabemos qué factores angiogénicos pueden hacerlo. Otra vertiente son las células madre (stem cells). Estoy seguro que conocen las células madre (stem cells) embrionarias humanas y la controversia que se ha generado. Aparte del aspecto ético de éstas células, es posible utilizar stem cells embrionarias, neurales o incluso sensoriales, y transplantarlas para reemplazar células ciliadas. Ito, de la Universidad de Kioto, usó stem cells neurales provenientes de hipocampo humano y las inyectó en el órgano de Corti; se incorporaron en distintas partes del oído interno y stria vascularis, y se supone que se incorporaron a células ciliadas, aunque no podemos saberlo con certeza. Alan Ryan dio una charla en la última reunión del ARO, en que mostró que si bien van a formar parte del epitelio sensorial no se puede confirmar que realmente se transformen en células sensoriales. Creo que esto es cuestión de tiempo.

Así, en la regeneración de células sensoriales, ¿es posible regenerar células epiteliales? Teóricamente, es posible. Surge la pregunta entonces, ¿qué genes participan en la célula sensorial?

La segunda pregunta es si en los lagartos, peces y aves las células sensoriales se regeneran durante toda la vida, ¿por qué en los seres humanos el proceso se detiene? ¿Podemos reiniciarlo?

Nuestra primera tarea es encontrar la célula madre ¿dónde está esta célula? No lo sabemos. ¿Podemos purificarla? ¿Podemos transplantarla? Y en definitiva, ¿podemos encontrar los factores de crecimiento que estimulan la regeneración?

Esto resulta algo complejo, pero es muy importante entenderlo. Para hacer una célula sensorial o de sostén, tenemos una célula progenitora que luego se destina a generar una línea de células sensoriales o de sostén. Es la etapa de la célula precursora. Hasta ahora hemos encontrado una serie de genes participantes: Mass1, p27, DeltaNotch, los que tienen relación con distintas etapas. No voy a describir cada uno, pero estos genes son protagonistas de la toma de decisiones. Uno de estos actores es la maquinaria de división celular. Como ustedes saben, la célula debe dividirse. La regulación de la mitosis es en fases: G1, S, G2. De todas las proteínas mencionadas, una es el inhibidor kinasa-ciclasa-dependiente, que cumple una función significativa.

Existen dos proteínas relacionadas, una de ellas es la p27. Si realizamos un knock out, podemos ver que ellos tienen más células sensoriales que el control (células sensoriales en verde, las rojas expresan el p27, y son células de sostén). Cuando se hace un knock out de p27 en una célula ciliada, ésta emprende la división celular, sólo por una vez. Así, usando esta técnica, lo que se hizo fue crear animales transgénicos que, al expresar la proteína p27, se vuelvan verdes. Por esto sabemos que las células productoras de p27 se están transformando en células del órgano de Corti. Usando un separador congelado es posible purificar células progenitoras en poblaciones puras y así lo hemos hecho en el instituto; pretendemos ahora transplantarlas.

Otro capítulo de la medicina molecular se denomina cDNA expression array o microchips. Tenemos aquí ADN de tejido normal y enfermo. Podemos hibridizarlo y ver cuál está sobrerregulado y cuál está regulado negativamente. Podemos encontrar la causa de las enfermedades aunque no sepamos por qué se producen.

Tenemos un hueso temporal de rata y el saco endolinfático; mediante la denominada técnica de microdisección con láser podemos recolectar células epiteliales del saco endolinfático y luego hacer microarray, ya sea de genes o proteínas. Si vemos sólo genes, no podemos saber si la proteína realmente toma parte, así ahora realizamos un array proteico denominado proteónica, por su contraparte la genómica. Usamos técnicas bioquímicas como: gel 2-D, Western Blot, inmunocuantificación y espectrometría de masas, con lo que somos capaces de estudiar si el gen es expresado o no.

La próxima pregunta es ¿podemos usar la genómica para el descubrimiento de drogas? Creemos que sí.

Tanto la estrategia de descubrimiento del fármaco, su objetivo, las vías de señalización celular, su análisis de eficacia y respuesta, todas pueden realizarse usando la información genómica. Por ejemplo, si tenemos una hormona, ésta circula en la sangre pero no actúa sobre todas las células, sólo activa aquellas células que esta sustancia biológica u hormona puede activar.

En el oído, sabemos que una de las causas de pérdida auditiva por células sensoriales es la ototoxicidad o trauma acústico. Lo que sucedería en este caso es la expresión de un receptor TNF (factor de necrosis tumoral) en la membrana de células sensoriales. Este receptor es necesario para activar señales que a su vez activan la cascada de caspasas que producen la apoptosis. Apoptosis es la muerte celular programada, que se puede activar por medio de la mitocondria. Existe una serie de señales complejas descritas en este proceso.

Lo que hasta ahora hemos encontrado es que con antioxidantes o sustancias antiapoptóticas que son anticaspasas o inhibidoras de éstas, se podría prevenir el daño de células sensoriales, ya sea por ototoxicidad o por trauma acústico. Por eso me atrevo a decir que en menos de 10 años tendremos una droga que podrá, por lo menos, prevenir la otoxicidad o trauma acústico, usando esta técnica.

Otra técnica es usar la bioinformática para establecer objetivos para drogas. ¿Qué es la bioinformática? Es la utilización de programas computacionales para establecer la función particular de una proteína. Por ejemplo, tenemos un cromosoma humano, escrito en el idioma de cuatro letras; así, si conocemos la secuencia del ADN podemos traducir, en el computador, una secuencia proteica. Si una mutación particular causa sordera, sabemos cuál proteína paticipa; si sabemos eso, podemos ver si esta proteína está expresada en seres humanos, Drosophila (mosca de la fruta), gusanos, levaduras o bacterias. Si es un gen muy importante, crítico para la función celular, se conservará y habrá así distintos niveles de conservación. Una vez que esto se conoce, que conocemos la secuencia de aminoácidos, el computador puede generar una estructura para esa proteína y conocer así su sitio activo. Si podemos saber qué es lo que se une a ese sitio particular, tenemos un fármaco.

Otro asunto es la diversidad genética, las diferencias individuales. Querámoslo o no, 98,4% de nuestros genes son exactamente iguales a los del chimpancé. Así, en 0,5% de diferencia genética está implícita nuestra diversidad: blancos, negros, asiáticos y también diferencias como la susceptibilidad a presentar otitis media o la enfermedad de Meniére, el progreso de esta enfermedad, etc. Todo está en estas diferencias. Esto se denomina single nucleotide polymorphism o SNP (polimorfismo de nucleótido único). Por ejemplo, las personas distintas tienen secuencias nucleares distintas, a veces podemos evidenciar transposiciones, eliminaciones, etc. Podemos mapear esto en un cromosoma. Con esta información podemos diseñar un ensayo clínico, por ejemplo, para evaluar la susceptibilidad a los esteroides en la hipoacusia aguda. Sabremos que existen personas que responderán a la droga y otras que, debido a una mutación, no responderán. Una vez que sepamos esto, no necesitaremos ensayos terapéuticos nunca más, pues tomaremos muestras de sangre de los pacientes y sabremos si responderán o no. Creemos que se podrá ahorrar mucho dinero.

En el futuro, deberemos conocer las funciones celulares, la bioquímica, biología celular, química proteica, fisiología; necesitamos la audiología, tenemos la genética y tanto más; tanta información a la que el promedio de la gente puede acceder, por esto se necesitan sistemas computacionales para sintetizar toda esta información: la bioinformática.
El otólogo del futuro necesitará conocer las bases de la biología molecular y poder asociarse con un grupo de especialistas, en particular con los bioinformáticos.

En conclusión, no sabemos en cuánto tiempo más estas cosas impactarán en el ejercicio de la medicina, yo creo que será exponencial. Creo que la cirugía del futuro irá en combinación con microchips, con sistemas de administración de medicamentos de acción lenta y, sobre todo, seremos capaces de formular muchos fármacos dirigidos al oído interno, frente al cual no tenemos ninguna técnica de curación, como en la pérdida de audición sensorioneural.

Creo que nos preparamos para una época emocionante y tal vez algunos de ustedes habrán decidido no conocer el ADN, pero puedo asegurarles que será uno de los campos más fascinantes de toda la medicina.