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Cotec es una fundación de origen empresarial que tiene como misión contribuir al desarrollo del país mediante el fomento de la innovación tecnológica en la empresa y en la sociedad españolas.

CotecPlaza del Marqués deSalamanca 11, 2.º izqda. 28006 MadridTelf.: (34) 91 436 47 74Fax: (34) 91 431 12 39http://www.cotec.es

La biotecnología actual está revolucionando áreas como, por ejemplo, lasalud, la agricultura, la alimentación o la protección del medio ambiente, per-mitiendo abordar nuevos retos impensables hasta hace pocas décadas yacelerando la obtención de resultados frente a los clásicos. Algunos de esosretos están en la mayoría de las líneas actuales de investigación en biotec-nología de la salud, dirigidas a afinar al máximo la identificación de enfer-medades, a abrir la posibilidad de dar a cada paciente un tratamiento especí-fico y más eficaz, a aumentar la capacidad de predecir el progreso de unenfermo e, incluso, a posibilitar el ataque directo a las causas últimas de algu-nas patologías cuyo tratamiento, hoy, se reduce a paliar las molestias y elsufrimiento del paciente. En este informe se ha intentado revisar, con ciertogrado de profundidad y un lenguaje asequible para el lector no experto, elestado de aquellas tecnologías cuya aplicación puede abrir la puerta a lasmejoras en la curación y el bienestar de los enfermos. Cuando esos beneficiossean una realidad, y en algún caso ya lo son, serán el valor que sustente lainnovación tecnológica en el sector de la biomedicina y, como resultado, losque aumenten la competitividad en los nuevos mercados del área de la salud.

Cub y contra Biotecnologia 2/2/06 08:00 Página 1

BIOTECNOLOGÍA EN LA

MEDICINA DEL FUTURO

F U N D A C I Ó N C O T E C P A R A L A I N N O V A C I Ó N T E C N O L Ó G I C A

INFORMES SOBRE EL SISTEMA ESPAÑOL DE INNOVACIÓN

BIOTECNOLOGÍA EN LA

MEDICINA DEL FUTURO

© Copyright:Fundación Cotec para la Innovación TecnológicaPlaza del Marqués de Salamanca, 11, 2.º izqda.28006 MadridTeléfono: (34) 91 436 47 74; Fax: (34) 91 431 12 39http://www.cotec.es

Supervisión de la publicación:Jesús Esteban Barranco

Diseño:La Fábrica de Diseño.Trafalgar, 15, 3.º ext. izqda.28010 Madrid

Preimpresión e impresión:Gráficas Arias Montano, S.A.Polígono Industrial 6 de MóstolesC/ Puerto Neveros, 928935 Móstoles (Madrid)

ISBN: 84-95336-60-X.Depósito Legal: M. 2.376-2006

Índice

Presentación 9

1. Introducción 11

2. El sector biotecnológico y la industria farmacéutica 17

2.1. Las empresas 21

2.1.1. Farmacéuticas 21

2.1.2. Biotecnológicas 22

2.2. La biotecnología y el desarrollo de un fármaco 26

2.3. La cartera de productos en desarrollo (pipeline) 29

2.3.1. Los medicamentos biogenéricos 32

2.4. La biotecnología y el negocio del diagnóstico 35

2.5. Empresas de servicios 37

2.6. Otros aspectos fundamentales del negocio 39

2.6.1. Propiedad industrial e intelectual 39

2.6.2. Las agencias reguladoras 44

2.6.3. Política de precios y reembolso del medicamento 48

3. Potencial en salud humana 55

3.1. Los ácidos nucleicos como herramienta de diagnóstico 59

3.1.1. Tests genéticos 61

3.1.2. Micromatrices (microarrays) 67

3.2. La célula como herramienta para producir fármacos 73

3.2.1. Proteínas terapéuticas recombinantes 74

3.2.2. Anticuerpos monoclonales 77

3.3. La utilización del sistema inmune 85

3.3.1. Vacunas biotecnológicas 86

3.3.2. Inmunoterapia tumoral 96

3.4. La modificación del programa genético 1015

3.4.1. Oligonucleótidos como moduladores de la expresión génica 101

3.4.2. Unidades autónomas de expresión génica 104

3.4.3. Vectores de transferencia génica 106

3.4.4. Animales modificados genéticamente 109

3.4.5. Terapia génica 112

3.5. La célula como agente terapéutico: la medicina regenerativa 118

3.5.1. Antecedentes de la medicina regenerativa 119

3.5.2. Terapia con células madre adultas 123

3.5.3. Terapia con células madre embrionarias 125

3.5.4. Ingeniería de tejidos 128

3.5.5. Aspectos clínicos de la ingeniería de tejidos 131

4. Descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos. Contribución de la biotecnología y las nuevas disciplinasemergentes 135

4.1. El screening como fuente de fármacos 140

4.1.1. Los productos naturales 140

4.1.2. Química combinatoria 142

4.1.3. High Throughput Screening 144

4.1.4. High Content Screening 147

4.2. Nuevos sistemas de producción: plantas y animales transgénicos 149

4.2.1. Utilización de animales transgénicos para la obtención debioproductos 149

4.2.2. Bioproducción en plantas 154

4.3. Genómica 159

4.3.1. Genómica estructural 159

4.3.2. Genómica funcional 161

4.4. Farmacogenómica 164

4.5. Proteómica 168

4.5.1. Tecnologías proteómicas 169

4.5.2. Aplicaciones proteómicas 170

4.6. Bioinformática: nuevas herramientas de análisis 175

4.6.1. Aplicaciones de la bioinformática 175

6

4.6.2. El manejo de la información en biología molecular 178

4.6.3. La bioinformática en España 180

4.6.4. Modelos de negocio de las empresas bioinformáticas 181

4.7. Biosensores 183

4.7.1. Clasificación de los biosensores según el receptor biológico 185

4.7.2. Clasificación de los biosensores según el transductor 187

4.7.3. Miniaturización de biosensores 188

4.7.4. Análisis de mercado y tendencias futuras 189

4.8. Nanobiotecnología: las biomoléculas a escala nanométrica 191

4.8.1. Las herramientas de la nanobiotecnología 192

4.8.2. Aplicaciones de la nanobiotecnología en las ciencias de la salud 195

Anexo 1: El sector de la biotecnología en el sistema de innovación 199

Singularidades del sistema de innovación en el sector biotecnológico 203

Las empresas 203

La Administración 203

El sistema público de I+D y su relación con el tejido productivo 204

Las organizaciones de soporte a la innovación en el sectorbiotecnológico 206

La financiación en la creación de una empresa biotecnológica 215

El capital humano 218

Percepción del entorno social 220

Percepción social en Europa y España 220

La divulgación de la ciencia como responsabilidad social de la empresa biotecnológica 221

Consideraciones más relevantes 223

Anexo 2: Glosario de términos 225

Anexo 3: Enlaces en la Red relacionados con la biotecnología 235

Índice de tablas 241

Índice de figuras 243

Equipo de trabajo 245

7

Presentación

Los orígenes de lo que hoy conocemos por biotecnología se remontan histórica-mente, y en forma de técnicas primitivas, hasta los primeros asentamientos huma-nos estables, en los que se inició el cultivo de plantas y la cría de animales. Desdeesos momentos se empezaron a utilizar, sin la base del conocimiento, métodos demejora tanto en animales como en vegetales que en tiempos posteriores, cuandoel conocimiento permitió comprenderlos, pasaron a ser tecnologías.

Lo que hoy es generalmente entendido por biotecnología incluye un conjunto detécnicas y tecnologías muy sofisticadas, que están sustituyendo a las metodologí-as clásicas, favoreciendo resultados más inmediatos y permitiendo abordar nue-vos retos impensables hasta hace pocas décadas. Entre esos retos se encuentrala mayoría de las líneas de investigación en biotecnología dirigidas a resolver pro-blemas de salud, ya sea mejorando drásticamente la precisión del diagnóstico,profundizando en el conocimiento de las enfermedades para la consiguiente opti-mización e incluso personalización de las terapias prescritas, ya sea proporcio-nando la capacidad de pronosticar la evolución de una enfermedad con su trata-miento, ya sea corrigiendo incluso la causa original de algunas patologías. Estasposibilidades abren multitud de campos para la innovación tecnológica del sectorde la biomedicina, lo que se traducirá en un aumento significativo del bienestar yla curación de los pacientes.

Hace aproximadamente un año, Cotec inició la preparación de este informe sec-torial, «Biotecnología en la medicina del futuro», con una serie de expertos de losentornos académico y empresarial que contribuyeron a diseñar las líneas genera-les de su enfoque y contenidos. El objetivo principal de Cotec con el presentedocumento es ofrecer un resumen de gran parte del conocimiento científico quesustenta la biotecnología dirigida al diagnóstico y la terapia en el entorno de lasalud y de sus aplicaciones actuales y futuras, como fuentes posibles de creaciónde valor y nuevos mercados en el sector de la biomedicina, todo ello expuesto enun lenguaje bien recibido por lectores no expertos. Con ello, se pretende contribuiral importante entusiasmo emprendedor existente en el sector de la biomedicina ennuestro país, de forma que continúe y mejore su proceso expansivo, sustentadomuy sólidamente sustentado por la enorme base científica desarrollada en las últi-mas décadas.

Cotec quiere dejar constancia de su agradecimiento sincero por el esfuerzo y entu-siasmo volcados en la preparación del documento por el gran conjunto de exper-

9

tos que, con su colaboración, sus respuestas a las numeras consultas y partici-pación en varios debates, proceden de las áreas empresarial (biomédica, legal,capital riesgo, consultoría, comunicación), investigadora (universitaria, institucional,hospitalaria, privada), de infraestructuras (parques científicos y tecnológicos) y deadministraciones públicas. Todo ello han hecho posible este informe bajo la coor-dinación de Miguel Aracil.

Cotec, 2006

10

11

1Introducciónn

La biotecnología es una ciencia y un conjunto de tecnologías en el que están im-plicadas, entre otras, la biología, la bioquímica, la genética, la virología, la agrono-mía, la ingeniería, la química, la medicina, la veterinaria y el estudio del medio am-biente. Dada su complejidad, se han elaborado muchas definiciones, resultado desu observación desde diferentes enfoques, que tienen en común el empleo de se-res vivos, sus procesos o sus productos para la obtención de beneficios median-te la modificación de éstos y la de su entorno. Podemos tomar como referencia lade la OCDE, que define la biotecnología de manera general como «la aplicación dela ciencia y la tecnología a organismos vivos, así como también a partes, produc-tos y modelos de los mismos, para alterar materiales vivos o no vivos para la pro-ducción de conocimientos, bienes y servicios». Así, los procesos biotecnológicoshan sido utilizados por el ser humano desde la antigüedad en actividades tales co-mo la fabricación de pan, queso o cerveza, el mejoramiento de cultivos y de ani-males domésticos o en la fertilización del suelo mediante la transformación bioló-gica de residuos orgánicos. La producción y uso de vacunas para prevenir enfer-medades humanas y animales, o el desarrollo de nuevos fármacos o métodosterapéuticos, constituyen ejemplos actuales de aplicaciones en terapia sanitaria.

Se considera que la biotecnología moderna surge en los años setenta como con-secuencia de los avances en biología molecular e ingeniería genética, que condu-cen, entre otros objetivos, a un gran progreso en el conocimiento de las bases mo-leculares de las enfermedades humanas. Las tecnologías del ADN recombinante,1

que son la base de la ingeniería genética, han sido fundamentales para el desa-rrollo de las aplicaciones de la biotecnología. Básicamente, estas tecnologías im-plican la recombinación del ADN, es decir, la combinación de materiales genéticos(genes o fragmentos de genes), que en condiciones naturales no están juntos, conel fin de controlar su funcionamiento, la introducción de ese ADN recombinante enuna célula para que produzca una proteína en las condiciones deseadas, y la pro-ducción a gran escala de esa proteína. El simple concepto de poder combinar ma-terial genético de diferente origen mediante un desarrollo tecnológico estándar, haposibilitado durante las dos últimas décadas la obtención de nuevas proteínas te-rapéuticas, vacunas y anticuerpos, y está revolucionando el tratamiento de algu-nas enfermedades genéticas, según se describirá en los capítulos siguientes. Es-ta gran aportación de la biotecnología, junto con las expectativas que abre, se ba-sa en que:

n está contribuyendo al desarrollo de nuevos fármacos biológicos, muy difícil-mente obtenibles o inabordables por los métodos clásicos;

n proporciona nuevos métodos para la producción a gran escala de sustanciasya existentes, que son significativamente más eficaces;

13

1 Resultado de la combinación artificial de material genético de diferente origen, que ha sido la base deldesarrollo posterior de la ingeniería genética.

■ es la base de nuevos tests diagnósticos más sensibles y específicos;

■ está permitiendo ampliar el espectro, el enfoque y la seguridad de nuevas va-cunas;

■ contribuye a que los tratamientos médicos sean más eficaces, preventivos ypersonalizados;

■ desarrolla terapias que corrigen el defecto bioquímico, en lugar de aliviarlo.

Algunos hitos de la Biotecnología en salud humana han sido la obtención del pri-mer ADN recombinante, en 1972, por Paul Berg (Premio Nobel de Química en1980); la transformación de la bacteria Escherichia coli con un plásmido2 recombi-nante, en 1973, por Herbert Boyer (que fundó posteriormente la compañía Ge-nentech, Genetic Engineering Technology, una de las primeras empresas de bio-tecnología en el mundo); la aprobación del primer fármaco producido por ingenie-ría genética (insulina humana), en 1982; la primera vacuna diseñada por ingenieríagenética (hepatitis B), en 1986; la primera patente de un animal transgénico,3 en1988; el primer tratamiento experimental de terapia génica en humanos, en 1990;la primera clonación4 animal a partir de una célula del animal adulto, en 1997; elestablecimiento de células madre5 embrionarias humanas, en 1998 y la finalizacióndel mapa del genoma humano, en 2003.

En España se ha producido en los últimos años un gran aumento del esfuerzo de-dicado a la investigación en biotecnología, lo que ha permitido la generación deconocimiento y la adquisición de experiencia, hasta el punto de haber favorecidoel caldo de cultivo capaz de sustentar la creación de empresas de base tecnoló-gica tanto en el sector de la alimentación como en el de la salud. Aunque en es-te tiempo se ha creado un número importante de empresas de biotecnología, pa-rece que hay capacidad tecnológica suficiente como para emprender muchosmás proyectos. Son muchas, aunque algunas desconocidas, las causas que con-tribuyen a esta situación. Entre esos factores responsables de frenar, en mayor omenor medida, los procesos de transferencia de tecnología en este sector, y cu-ya descripción y análisis no son el objetivo principal de este documento, se en-cuentra la falta de comunicación del conocimiento científico y de sus aplicacionesactuales o potenciales. La divulgación en el formato adecuado de esta informa-ción podría, de alguna forma, contribuir a que los agentes emprendedores desa-rrollaran una imagen más próxima a la realidad de las posibilidades de creaciónde negocio empleando estas tecnologías; es decir, es necesario conocerlas parapoder trabajar con ellas.

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2 Fragmento de ADN circular que se encuentra en el interior de ciertas bacterias y posee autonomíafuncional; se ha utilizado inicialmente como agente para la introducción de material genético extraño.3 Organismo a cuyas células germinales se le ha incorporado artificialmente ADN a para que puedatransmitirlo a la descendencia. 4 Producción de individuos genéticamente idénticos.5 La traducción más correcta del inglés stem cells es células troncales, aunque se ha decidido emplearen todo el documento la traducción células madre, debido a su generalizado uso y aceptación en lasociedad.

En este documento se ha intentado hacer una revisión lo más completa posible, concierto grado de profundidad y en un lenguaje asequible al lector no experto, de las dis-tintas tecnologías del área de la biotecnología, que están ya desarrolladas o se en-cuentran en fase de desarrollo para ser aplicadas en el sector de la salud humana. Sise incluyeran todas las líneas de investigación y desarrollo actualmente relacionadascon la salud, la extensión del documento sería enorme. Se ha decidido, por tanto, li-mitar el informe a aquellos temas de la salud directamente relacionados con la enfer-medad, es decir, con la obtención de un diagnóstico, la creación de tratamientos tera-péuticos o incluso la estimación del pronóstico de dichos tratamientos aplicados a determinadas patologías y pacientes, en los que la biotecnología tiene un papel fun-damental. El lector no encontrará en este documento, sin embargo, información sobreotras áreas de la biotecnología que de alguna forma también están relacionadas conla salud humana, como los nuevos biomateriales de aplicación en ortopedia, implan-tes, etc., pues solamente se tratan superficialmente en el apartado de ingeniería de te-jidos, o la nutrigenómica, de futura aplicación en la preparación de dietas personaliza-das que ayuden en la resolución de patologías con base genética, o como algunas delas aplicaciones en la conservación del medio ambiente y la química verde.

El lector no debe esperar que este documento sea un manual de oportunidadesempresariales en biotecnología con los distintos modelos de negocio bien delinea-dos, pues tampoco es su objetivo. Por el contrario, el documento comienza, en elcapítulo 2, ofreciendo una visión de cómo ha evolucionado el sector empresarial dela biotecnología en los últimos años en el ámbito nacional e internacional, con al-gunos breves apuntes de modelos de negocio en este sector y aquellos aspectosde mayor incidencia en el negocio, como son la propiedad intelectual, los asuntosrelacionados con la muy estricta regulación nacional e internacional de este sector,y con la política de precios y reembolso. Los temas incluidos en este capítulo con-tribuirán a que el lector reciba la información más científica de los siguientes capí-tulos, con una visión más de empresa.

El capítulo 3 resume las líneas científicas de desarrollo fundamentales en biotec-nología de aplicación terapéutico-sanitaria (manejo del material genético, la célulacomo fábrica, el uso del sistema inmune como defensor, y el uso del material ge-nético y de los tejidos para la modificación de organismos). Las tecnologías desa-rrolladas para su puesta en práctica (la búsqueda de nuevas moléculas, los orga-nismos como factorías, genómica, farmacogenómica, proteómica, bioinformática,biosensores y nanobiotecnología) se revisan en el capítulo 4.

Dada la influencia que el sistema de innovación puede tener en el avance y la pro-yección de futuro de cualquier sector tecnológico, al final del documento se inclu-yen varios anexos: el primero de ellos se inicia con una breve descripción del mo-delo del sistema en España, para posteriormente centrarse en aquellas particulari-dades específicas del sector, y terminar con un resumen de las consideraciones demayor relevancia para favorecer su éxito; en el anexo 2 se ofrece un glosario de tér-minos que en ocasiones facilite la comprensión de los capítulos 3 y 4, y el anexo 3contiene un listado de direcciones de páginas electrónicas cuya consulta puede serde utilidad para el lector del documento.

15

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2El sector biotecnológico y la industria farmacéutican

Las compañías farmacéuticas encuentran cada vez más difícil desarrollar y sacaral mercado nuevos productos. Así, el número de nuevos fármacos aprobados haido disminuyendo desde 1996, alcanzándose el número más bajo en 2002 (28nuevos fármacos) y comenzando una lenta recuperación (38 nuevos fármacos en2004); en contraposición, los gastos mundiales en I+D han aumentado de formaimpresionante en la década de los años noventa (121% y 262% en los sectoresfarmacéutico y biotecnológico, respectivamente). Esta falta de nuevos fármacosha llevado a que el sector farmacéutico haya sido acusado de realizar demasiadascopias de medicamentos ya existentes, que sólo añaden ligeras ventajas clínicas.Debido a ello, muchas empresas farmacéuticas están dirigiendo su atención hacialas pequeñas compañías del sector biotecnológico como fuente de innovaciónconstante en el campo del desarrollo de nuevos fármacos.

Los biofármacos, término utilizado para denominar a los fármacos en cuyo desa-rrollo está implicada la nueva biotecnología, constituyen el 20% de todos los fár-macos actualmente en el mercado y el 50% de aquellos en la fase de ensayos clí-nicos. El 35% de los nuevos fármacos aprobados en 2002 eran de origen biotec-nológico. En 2003 había casi cien en el mercado y, actualmente, hay más detrescientos setenta fármacos y vacunas biotecnológicas en ensayos clínicos, diri-gidos contra más de doscientas patologías; también hay más de cien tests diag-nósticos basados en biotecnología. En la actualidad los productos desarrolladospor las empresas de biotecnología van más allá de las proteínas recombinantes;así, por ejemplo, los anticuerpos humanos o humanizados6 y una variedad de kitsde diagnóstico son hoy una realidad en el mercado. La medicina regenerativa, ba-sada en la terapia celular, está en proceso de desarrollo e implantación con cues-tiones importantes por esclarecer, como el modelo de negocio o los aspectos re-gulatorios.

En los treinta años de existencia de la industria biotecnológica, de las más de tresmil empresas existentes en el mundo, tan sólo tres han llegado a convertirse enempresas farmacéuticas integradas. Dos son de EEUU, Genentech y Amgen, yuna europea, Idec-Biogen, ahora radicada también en EEUU.

La industria de la biotecnología enfocada hacia la salud no se podría entender sinconocer el desarrollo tecnológico y el entorno de la industria farmacéutica, un sec-tor con un retorno sobre capital de un 21%, el mayor de los sectores analizadosentre los que se encuentran el software, los productos médicos, la industria quí-mica o la de bebidas. El segmento de la biotecnología se imbrica en la cadena devalor del medicamento, aportando eficacia en multitud de procesos clave y cono-cimientos específicos de alto valor añadido, y acelerando el proceso de desarrollode un fármaco en sus estadios iniciales.

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6 Estos anticuerpos son aquellos que, siendo producidos en animales, han sido modificados para sercompatibles en humanos.

Los modelos de negocio de las empresas biotecnológicas han evolucionado a lolargo del tiempo, siendo cada modelo diferente en función de la etapa o el área deactividad a la que la empresa se dedica como negocio principal. En el campo dela salud humana el modelo más integrado es el llamado modelo vertical, en el quehay una generación de valor a lo largo de toda la cadena de valor del medicamen-to (desarrollo interno, manufactura y comercialización). Aunque este modelo ha te-nido éxito en algunas compañías, para otras muchas lograr el nivel de financiaciónnecesario para llevarlo a cabo ha representado un problema importante. Esta fuer-te necesidad de financiación es lo que ha hecho que surjan modelos de negociodonde no se abarca la totalidad de la cadena de valor, sino parte de la misma. Así,aparecen el modelo de negocio de producto, cuya generación de valor se basa enhacer progresar tal producto a lo largo del proceso de la cadena de desarrollo delfármaco con un enfoque en una posible licencia en el futuro, o el modelo de ne-gocio plataforma para reforzar el proceso de descubrimiento o desarrollo del fár-maco, y que intenta generar valor a través de la licencia, suscripción y tarifa de ser-vicios. A partir de aquí surge el modelo híbrido de producto y plataforma, que pue-de ser capaz de generar un pipeline7 de productos, a la vez que reduce el riesgopara los inversores a través de la generación de ciertos rendimientos a corto pla-zo, sin comprometer el potencial para la creación de valor. Frente al negocio basa-do en el producto se encuentra el modelo basado en herramientas, servicios o in-formación, que requiere menos tiempo de desarrollo y coste y, por lo general, tie-ne un margen de beneficios más estrecho. Es un modelo que genera ingresos amás corto plazo y donde la competencia es mayor, dado que sus desarrollos nose benefician tanto por la protección intelectual, dependiendo de las capacidadesde marketing y desarrollo de negocio más que de las investigadoras.

207 La cartera de productos en desarrollo.

2.1. Las empresas

En el sector de la salud se ha establecido una relación simbiótica entre las em-presas farmacéuticas y las biotecnológicas, en la que las primeras se ven muybeneficiadas con la aportación de las segundas, cuya mayoría son empresas depequeño tamaño. Ambos tipos de empresas se encuentran íntimamente ligadosen el proceso de desarrollo tecnológico. La principal referencia del sector bio-tecnológico, y con un menor desarrollo todavía, son las denominadas biofarma-céuticas, que desarrollan péptidos, proteínas y anticuerpos como nuevas herra-mientas terapéuticas, las empresas de terapia génica y las empresas de terapiacelular.

2.1.1. FARMACÉUTICAS

Al contrario que en las empresas biotecnológicas, el sector farmacéutico está ex-tremadamente concentrado en un grupo de algo más de una decena de grandesempresas (ver tabla 1).

Fuente: Contract Pharma Top Companies Report, julio/agosto 2005.

En los últimos ocho años se ha incrementado el número de adquisiciones y fusio-nes de compañías en un 200%, por un valor de 231.000 M€. Estas fusiones pro-porcionan una mayor cuota de mercado a la nueva compañía emergente e incre-mentan la necesidad de un mayor pipeline de productos, lo cual aumenta el gastoen I+D y el riesgo asumido de nuevos desarrollos. La extraordinaria presión que tie-ne la industria farmacéutica por llevar al mercado nuevos productos favorece lasalianzas entre este sector y las biotecnológicas, por no mencionar el incremento enla relación entre empresas farmacéuticas. Según el informe de Deloitte Research

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1. Pfizer..................................................................................................................................... 38.125 M€

2. GlaxoSmithKline............................................................................................................. 25.965 M€

3. Sanofi-Aventis ................................................................................................................. 24.460 M€

4. Johnson & Johnson..................................................................................................... 18.290 M€

5. Merck .................................................................................................................................. 17.760 M€

6. AstraZeneca ..................................................................................................................... 17.710 M€

7. Novartis............................................................................................................................... 15.290 M€

8. Bristol-Myers Squibb................................................................................................... 12.795 M€

9. Roche................................................................................................................................... 11.440 M€

10. Lilly......................................................................................................................................... 10.790 M€

11. Wyeth................................................................................................................................... 10.760 M€

12. Abbott.................................................................................................................................. 9.470 M€

13. Takeda ................................................................................................................................. 7.050 M€

14. Boehringer-Ingelheim .................................................................................................. 6.335 M€

15. Schering-Plough ............................................................................................................ 5.300 M€

16. Bayer .................................................................................................................................... 4.570 M€

17. Novo Nordisk................................................................................................................... 4.005 M€

18. Schering AG..................................................................................................................... 3.450 M€

19. Sankyo................................................................................................................................. 3.430 M€

20. Merck KgA ........................................................................................................................ 3.230 M€

Tabla 1.Principales empresasfarmacéuticas porcifra de ventas en2004

Critical factors for alliance formation, el número de alianzas entre empresas biotec-nológicas y grandes farmacéuticas ha aumentado de 69, en 1993, a 502, en 2004,sobrepasando esta cifra las alianzas entre biotecnológicas.

En EEUU la inversión estimada del sector farmacéutico en I+D, en 2004, alcanzólos 27.100 M€, mientras que en Europa fue de 21.500 M€. Sin embargo, desdeel punto de vista del mercado, EEUU supone el 62% del mercado mundial, repre-sentando Europa tan sólo el 21%. Paradójicamente, en 1990 la industria farma-céutica europea invertía más en I+D que la de EEUU; según la patronal farmacéu-tica europea EFPIA (European Federation of Pharmaceutical Industries and Asso-ciations), las medidas de contención del gasto, los retrasos en la comercializaciónde los medicamentos y el comercio paralelo son tres factores que hacen de Euro-pa un lugar cada vez menos atractivo para gastar en I+D.

La relación gasto en I+D/ventas se incrementó del 9,3% al 16,3% durante el pe-riodo 1970-2002. A esto hay que añadir que el proceso de desarrollo de un fár-maco se ha encarecido significativamente debido a exigencias regulatorias, quehan aumentado los requisitos y los plazos en obtenerlos. Debido a ello, el tiempode desarrollo medio ha pasado de ocho años, en 1960, a quince años hoy en día,siendo el coste medio de desarrollo por medicamento de unos 650 M€, frente alos 385 M€ que eran necesarios en los años ochenta y noventa.

En España, Farmaindustria, la patronal de la industria farmacéutica, tenía asocia-das 239 compañías farmacéuticas en 2004; dentro de éstas hay un número signi-ficativo de filiales de multinacionales (127). La mayoría de las empresas multinacio-nales con sede en España están fundamentalmente dedicadas a actividades máspróximas a la comercialización que a la I+D, como son la última fase del desarrolloclínico y la venta de producto. Una gran proporción del sector en España se cen-tra en la producción de medicamentos ya desarrollados o genéricos. Las diez ma-yores empresas españolas compiten fundamentalmente en el mercado local espa-ñol con un nivel de facturación y capitalización no comparable con el de las gran-des multinacionales. La mayor empresa española del sector tuvo una facturaciónde 884 M€ en 2003 y de 956 M€ en 2004. España, a pesar de ser la novena po-tencia económica mundial, tiene una posición en el sector farmacéutico y biotec-nológico muy por debajo de dicho lugar.

Cuatro de las cinco primeras empresas farmacéuticas españolas están radicadasen Cataluña donde tienen las fábricas de producción y los laboratorios de I+D; aun-que gran parte de sus ingresos proviene de la comercialización de productos conlicencia externa, la actividad investigadora y de desarrollo es significativa.

2.1.2. BIOTECNOLÓGICAS

La industria biotecnológica global ha venido disfrutando de un incremento anualsuperior al 15% durante los últimos cinco años, con inversiones en I+D que hanaumentado anualmente un 34% (Third European Report on Science & Technology

22

Indicators, 2003). En 2003 estaban identificadas 1.830 compañías biotecnológicasen EEUU frente a 1.976 en la UE-15. A pesar del número muy parecido de com-pañías en ambas áreas, el número de empleados (172.400 trabajadores frente a94.000), la inversión en I+D (16.400 M€ frente a 6.000 M€), los ingresos (42.000M€ frente a 19.000 M€) y el número de productos en desarrollo clínico (1.110 fren-te a 450), son significativamente mayores en EEUU. Según la Asociación Europeade Bioindustrias (EuropaBio), la principal causa de la menor competitividad euro-pea es la falta de una infraestructura adecuada de financiación, que hace que mu-chas compañías desaparezcan en un periodo de tres a cinco años. En la tabla 2se presentan las principales empresas biotecnológicas, ordenadas por el volumende sus ventas en 2004; es significativo el predominio absoluto de empresas ame-ricanas dentro de las de mayor tamaño.

Fuente: Contract Pharma Top Companies Report, julio/agosto 2005.

Hay que destacar el crecimiento llamativo de nuevas empresas pequeñas en laUE promovidas por la acción estatal y la voluntad de los gobiernos de impulsar elsector. Las universidades, sobre todo las del Reino Unido y Alemania, son el ori-gen de un buen número de nuevas empresas spin-off creadas a partir de los la-boratorios de investigación básica (ver anexo 1). Las oficinas de transferencia detecnología en estos países han actuado de puente entre los investigadores, lasfuentes de financiación y los emprendedores. Otra herramienta ampliamente uti-lizada en la UE es la generación de biopolos o la potenciación de desarrollos tec-nológicos regionales impulsados por los gobiernos locales. En España, los pro-yectos más ambiciosos en este sentido se están llevando a cabo en el País Vas-co, dentro del plan Biogune y su Centro de Investigación Cooperativo, y enCataluña, desde los parques científicos, ligados a las universidades y a la inves-tigación clínica.

Según datos de Genoma España, la inversión en I+D de las empresas biotec-nológicas españolas dedicadas a salud humana fue de 217 M€, en 2003, re-presentando los dos tercios de su volumen de facturación. A efectos compara-tivos, la inversión en I+D por las empresas biotecnológicas de EEUU, en 2003,fue de 14.450 M€, según datos de BIO, la Asociación de Industrias Biotecnoló-gicas de EEUU.

El número de empresas españolas biotecnológicas y su capitalización están muy23

1. Amgen................................................................................................................................... 8.245 M€

2. Genentech........................................................................................................................... 3.100 M€

3. Serono................................................................................................................................... 1.800 M€

4. Biogen Idec ........................................................................................................................ 1.745 M€

5. Genzyme.............................................................................................................................. 1.220 M€

6. Gilead ................................................................................................................................... 1.025 M€

7. MedImmune....................................................................................................................... 925 M€

8. Chiron .................................................................................................................................... 820 M€

9. Millennium ........................................................................................................................... 290 M€

10. Intermune............................................................................................................................. 120 M€

Tabla 2.Principales empresasbiotecnológicas porcifra de ventas en2004

por debajo de lo esperado en función de la renta per cápita, de la población o delas publicaciones científicas españolas. Según datos de Genoma España, recogi-dos en el informe ASEBIO 2004, en ese mismo año (2004) había 100 empresas enEspaña completamente dedicadas a la biotecnología (71 en 2003), 103 empresasparcialmente dedicadas (79 en 2003), 114 empresas usuarias (48 en 2003) y 102empresas de servicios en la industria biotecnológica. Excluyendo las empresas deservicios, el 43% de las empresas biotecnológicas españolas se dedican al sectorde salud humana. Más del 60% de estas empresas están clasificadas como pe-queñas empresas, con menos de 50 trabajadores (15 empleados de media en lasempresas totalmente dedicadas a la biotecnología); la mayoría de ellas son em-presas en fase de creación con niveles bajos de financiación y una capitalizaciónescasa. Tan solo empresas como Probitas o PharmaMar tienen un papel significa-tivo en la esfera internacional. Un aspecto positivo dentro de un sector tan peque-ño es que más del 50% de estas empresas son de desarrollo de producto, frentea la cultura tradicional española de empresas de servicios. A pesar de esto, el nú-mero de empresas biotecnológicas españolas está muy lejos del que debería ha-ber en función de la capacidad económica, tecnológica y científica.

Según un estudio del Institute for Prospective Technological Studies (IPTS), en Es-paña se han identificado tan sólo cinco compañías dedicadas a terapia celular y en un estadio muy temprano de desarrollo. En cuanto a empresas de te-rapia génica, no hay ninguna empresa española en este subsegmento del merca-do. La escasa actividad investigadora en centros públicos de investigación en te-rapia génica no se ha trasladado a ningún proyecto concreto empresarial.

24

Perfil de la empresa española de biotecnología (Fuente: Informe ASE-BIO 2003)

n Entre 10 y 20 empleados.

n Más del 80% de la plantilla con título superior.

n Más del 25% de los recursos humanos dedicados a I+D.

n Menos de cinco años de actividad.

n Localización prioritaria en Madrid y Barcelona.

n Vinculada a universidades o centros de investigación de prestigio.

n Propiedad mayoritaria del equipo fundador, con presencia de capital riesgo y fon-dos públicos de capital semilla.

n Cartera de patentes procedente de la investigación pública.

n Ventas mayoritarias en servicios y pocos o ningún producto en el mercado.

n Cartera de clientes fundamentalmente nacionales, pero con fuerte vocación in-ternacional.

n Con líneas de negocio en más de un sector (salud, alimentación, medio ambien-te, etc.).

n Con dificultades para el escalado industrial de sus desarrollos.

Como menciona Genoma España en su «Avance del Estudio Estratégico de la Bio-tecnología en España: Descripción e Indicadores» (febrero, 2004), el principal re-torno de la inversión pública son las publicaciones científicas, que paradójicamen-te, y en muchas ocasiones, son utilizadas por empresas norteamericanas para pa-tentar. Los indicadores de producción científica biotecnológica son excelentesrespecto a la investigación básica (España es la cuarta potencia europea en pro-ducción científica) y no se corresponden con la producción de patentes, que esmuy escasa.

Dado el valor estratégico del sector biotecnológico, así como las peculiaridadespropias de estas empresas, es importante trabajar en identificar aquellos criteriosque den una idea real de su estado actual y de su potencial evolución. El objetivoes completar la información actualmente disponible con una serie de indicadoresque muestren su grado de competitividad, a la vez que permitan definir y evaluarla efectividad de las políticas aplicadas. Los indicadores clave deberían cubrir, apar-te de la capacidad científica donde se valore la formación del personal o el núme-ro de patentes, otras áreas fundamentales para el éxito de estas empresas, comoson su capacidad financiera y de gestión junto a resultados en términos de alian-zas estratégicas. Según esto, sería importante considerar la perspectiva temporalen función de la caja disponible antes de una ronda siguiente de financiación (sien-do dos años de vida el valor medio), el origen de sus fuentes de financiación (sien-do el capital privado un indicador de profesionalización frente a las meras ayudaspúblicas), el nivel de ingresos (siendo su modelo de negocio la referencia), la com-posición de los equipos directivos (siendo la existencia de directivos independien-tes de los fundadores una garantía en la gestión), los acuerdos estratégicos o delicencia realizados (siendo un indicador los acuerdos a nivel internacional), y la exis-tencia de comités científicos y asesores.

25

� El número de nuevos fármacos aprobados cada año ha disminuido desde 1996,mientras que los gastos de I+D han aumentado enormemente. Este es el motivopor el que las empresas farmacéuticas busquen alianzas con las biotecnológicas.

� Gran parte del sector farmacéutico en España se dedica a la producción de me-dicamentos genéricos. Las principales farmacéuticas españolas están en Cata-luña, teniendo una actividad de I+D significativa.

� La industria biotecnológica europea es menos competitiva que la de EEUU; laprincipal causa es la falta de una infraestructura adecuada de financiación.

� La acción estatal en Europa, a través de las oficinas de transferencia tecnológi-ca y la potenciación de polos de desarrollo tecnológico regionales, está condu-ciendo a un crecimiento significativo del número de empresas biotecnológicas.En España las principales iniciativas se están realizando en el País Vasco y en Ca-taluña.

� El número de empresas biotecnológicas españolas está muy por debajo del espe-rado en función de la renta per cápita, población o publicaciones científicas; sinembargo, un hecho significativo es que más de la mitad de estas empresas son dedesarrollo de producto.

2.2. La biotecnología y el desarrollode un fármaco

La primera fase en el desarrollo de un fármaco es la del descubrimiento, durante lacual se hace todo el trabajo de investigación básica de descubrimiento de un gen,o una familia de genes, que están íntimamente relacionados con el origen de unaenfermedad concreta. Este conocimiento profundo del origen de una enfermedadpermite identificar una diana específica, que será el objetivo al que se dirigirán lasnuevas moléculas o fármacos que se van a desarrollar. Gracias a la biotecnología,la naturaleza de los fármacos amplía su rango, incluyendo, entre otros, proteínas,genes y células. Al igual que el descubrimiento, la identificación de la diana se re-aliza en la mayoría de los casos en el entorno académico y se publica en revistascientíficas revisadas por pares y de conocimiento público. Sin embargo, lo que sedenomina validación de la diana es una actividad acometida generalmente dentrode las empresas, que consiste en definir con una mayor exactitud cuál es la rela-ción entre la diana seleccionada y la enfermedad de interés, esto es, el impactocuantitativo que tiene sobre el proceso patológico la activación o desactivación dela diana en concreto. El tiempo que se consume en estas fases iniciales de desa-rrollo es muy variable porque, al enmarcarse en el entorno académico, no se tieneun control claro de cuándo precisamente se inicia un proceso de descubrimiento.Se estima que puede estar entre dos y diez años.

A partir de la diana claramente validada se identifica lo que se conoce como elcompuesto líder, que puede ser una estructura química, un compuesto natural, unpéptido o un anticuerpo que se une a la diana y tiene un efecto activador o inhibi-dor sobre ella. Este líder es el punto de partida para desarrollar masivamente mo-léculas relacionadas, hasta la obtención de una serie de candidatos sobre los quese trabaja en las fases preclínicas. Estos candidatos se obtienen por ensayo masi-vo (screening), analizando entre diez mil y cien mil moléculas más o menos rela-cionadas y próximas entre sí, que generalmente se han obtenido mediante quími-ca combinatoria o proceden de fuentes naturales (ver apartados 4.1.1 y 4.1.2). Deéstas sólo pasan a los ensayos preclínicos8 unas doscientas cincuenta.

Tras el descubrimiento de estas moléculas con posible acción terapéutica, se ini-cia un largo proceso cuyo objetivo final es la comercialización del nuevo medica-mento. Este proceso, que suele durar varios años, comienza con la fase de desa-rrollo preclínico, que incluye una serie completa de estudios necesarios para co-nocer el perfil farmacocinético de los fármacos (es decir, cómo se distribuyen en elorganismo, se metabolizan, se eliminan, etc.), desarrollar farmacológicamente mo-léculas potencialmente activas (estudios de farmacodinámica) y garantizar la segu-ridad de los productos (estudios toxicológicos). Esta fase requiere entre tres y cin-co años. De estas doscientas cincuenta moléculas sólo una media de cinco pasana la fase de estudios clínicos.

26

8 Estudios que se realizan en modelos experimentales de laboratorio, o con animales, antes de pasara los ensayos con personas.

Una vez que se ha completado el desarrollo preclínico de un nuevo principio acti-vo, comienzan los ensayos clínicos en humanos, previa autorización de las autori-dades sanitarias. El periodo de desarrollo clínico de un producto farmacéutico sedivide en cuatro fases que, en ocasiones, se pueden superponer. Estas fases tie-nen distintos objetivos, según se muestra en la figura 1:

n Fase I: Incluye los primeros estudios que se realizan en seres humanos, estu-dios que pretenden demostrar la seguridad del compuesto y orientar hacia lapauta de administración más adecuada para estudios posteriores. Se trata deestudios de farmacología humana, pudiendo ser considerados como el pasoque permite empezar a percibir un principio activo como un posible fármaco. Laobtención de resultados positivos en estos ensayos en fase I incrementa signi-ficativamente el valor del producto y, evidentemente, el de la empresa.

n Fase II: Proporciona información preliminar sobre la eficacia del producto y es-tablece la relación dosis-respuesta. Son estudios terapéuticos exploratorios.

n Fase III: Evalúa la eficacia y seguridad del tratamiento experimental en las con-diciones de uso habituales y con respecto a las alternativas terapéuticas dispo-nibles para la indicación estudiada. Se trata de estudios terapéuticos de confir-mación. Los ensayos en esta fase son los que más contribuyen al coste totaldel proceso de comercialización del medicamento.

n Fase IV: Se realiza después de la comercialización del fármaco para estudiar laefectividad y seguridad en la utilización clínica diaria y condiciones de uso distintasde las autorizadas, como nuevas indicaciones. Se trata de una fase de farmacovi-gilancia realizada durante la utilización rutinaria del fármaco; se lleva a cabo con lacolaboración de los usuarios, lo que reduce los costes de forma importante.

Al finalizar los ensayos clínicos, las autoridades sanitarias revisan y evalúan la in-formación y documentación relativa al medicamento (ver anexo I), antes de autori-zar y aprobar su puesta en el mercado y su comercialización. El resultado de todoeste proceso es un medicamento que ha demostrado su seguridad, eficacia y ca-

27

Figura 1.Descripción de las diferentes etapasen el desarrollo de un fármaco, desde eldescubrimiento hastala comercialización

DESCUBRIMIENTOENTIDADMOLECULAR

FASEPRECLÍNICA ENSAYOS CLÍNICOS

REVISIÓNAGENCIASREGULADORAS

1

FASE III1000-5000voluntarios

FASE I20-100

voluntarios

250compuestos

5compuestos

FASE II100-500

voluntarios

10.000

6,5 AÑOS 7 AÑOS 1,5 AÑOS

lidad a través de los ensayos clínicos, correctamente identificado y con informaciónapropiada, cuya comercialización ha sido autorizada por las autoridades sanitarias.

Dentro de la cadena de valor de la industria farmacéutica, las compañías biotec-nológicas aportan su especialización en la fase preclínica, en aspectos muy con-cretos sobre los mecanismos de acción de una molécula, sobre la funcionalidad deun gen o de una célula, o el origen de una enfermedad. Así, mientras el entornoacadémico es responsable, por lo general, del descubrimiento del gen, la proteínao la diana sobre la que actuar, las biotecnológicas se instalan principalmente en lavalidación de estas dianas, la obtención de buenos candidatos y los trabajos pre-clínicos y clínicos en fase I.

El hecho de que las biotecnológicas alcancen la fase I de desarrollo clínico tieneque ver también con el valor que el producto tiene en el mercado, o con la formaen que la empresa es valorada al alcanzar la fase II de los ensayos clínicos. Típica-mente este valor se incrementa un orden de magnitud, por lo que el objetivo de laspequeñas empresas de biotecnología es llegar a este punto para poder alcanzarun acuerdo con una farmacéutica que le permita seguir adelante con la investiga-ción del fármaco. Casi el 65% de los aproximadamente seiscientos cincuenta mi-llones de euros que cuesta desarrollar un nuevo medicamento se emplean en in-vestigación clínica y difícilmente una empresa biotecnológica pequeña, e inclusomediana, puede abordar semejante gasto. Las empresas farmacéuticas, a su vez,con gran experiencia en el desarrollo clínico y en el laborioso proceso regulador yde registro, y con recursos adecuados para el proceso de investigación clínica,pueden implicarse mediante acuerdos de colaboración.

La alianza de las biotecnológicas con las farmacéuticas constituye, por lo tanto, unaoportunidad para estas últimas de convertirse en empresas con un producto nuevoen el mercado. Las empresas biotecnológicas con alianzas de este tipo mejoran suvaloración por parte de los mercados de valores y las empresas de capital-riesgo. Lamagnitud de estas alianzas, así como su número, está creciendo significativamente;actualmente se estima que hay más de seiscientos acuerdos anuales.

28

n El proceso de desarrollo de un fármaco, desde el descubrimiento de la molécu-la hasta la aprobación por las agencias reguladoras, dura quince años y tiene uncoste medio de unos seiscientos cincuenta millones de euros, de los que el 65%se emplea en investigación clínica. La biotecnología está proporcionando meto-dologías que permiten reducir esos costes y acortar el tiempo necesario.

n Generalmente, dentro del proceso de desarrollo de un fármaco, el descubri-miento de la diana sobre la que actuar se realiza en el entorno académico, mien-tras que la validación de las dianas y el desarrollo preclínico lo llevan a cabo lasbiotecnológicas.

n Las grandes empresas farmacéuticas están supliendo su reducida capacidad degeneración de nuevos fármacos con los desarrollos de las empresas de biotec-nología, mediante acuerdos o fusiones con ellas.

n Estos acuerdos son también muy beneficiosos para las empresas de biotecno-logía, pues no disponen de la envergadura económica ni la experiencia de las far-macéuticas como para llevar sus productos y tratamientos hasta el paciente.

2.3. La cartera de productos en desarrollo (pipeline)

Europa ha sido tradicionalmente quien más ha descubierto nuevas entidades bio-lógicas o químicas que han llegado al mercado como medicamentos. Durante elperiodo 1988-1992, 97 fueron descubiertas por Europa, 52 por EEUU y 63 por Ja-pón, según datos de la EFPIA (European Federation of Pharmaceutical Industriesand Associations). Esta relación se ha invertido en los últimos años; así, en el pe-riodo 1998-2002, de los nuevos fármacos que se pusieron en el mercado, 77 co-rrespondían a EEUU, 68 a la UE y 29 a Japón. Paralelamente a esta situación, losgastos en I+D en EEUU aumentaron 4,5 veces entre 1990 y 2004, mientras que enEuropa crecieron 2,7 veces. Como consecuencia, el pipeline aumentó a expensasde un incremento de los fármacos en desarrollo preclínico y fases I y II (50, 85 y90% de aumento, respectivamente), aunque el número de nuevas entidades mo-leculares (NME, del inglés new molecular entities), aprobadas o pendientes deaprobar, disminuyó un 50% aproximadamente.

Este aparente atasco en la aparición de nuevos fármacos en el mercado puedeser debido, en parte, a una falta de toma de decisiones críticas por parte de lasempresas en estadios de desarrollo suficientemente tempranos; también contri-buyen a ello los criterios cada vez más exigentes de la FDA (la agencia regulado-ra de EEUU) para la fase II. No obstante, parece que la productividad del I+D far-macéutico/biotecnológico se está recuperando; así, en 2004 la FDA ha aprobadotreinta y una NME y siete nuevos compuestos de origen biológico, la cifra más al-ta desde 1999.

El número de nuevos fármacos que salen al mercado se considera que es dema-siado pequeño para sostener el crecimiento de las grandes farmacéuticas y satis-facer las demandas de los accionistas. En los años noventa se crearon grandes expectativas en cuanto a que las nuevas biotecnologías (genómica, química com-binatoria, escrutinio de alto rendimiento o high-throughput screening, descubri-miento in silico...) aumentarían la tasa de éxitos del I+D farmacéutico. Aunque nose ha producido el esperado aumento en el número de nuevos fármacos, quizásporque las expectativas eran en gran parte anticipadas, lo que sí ha obtenido la in-dustria farmacéutica es un aumento en el número de dianas potenciales.

Las empresas farmacéuticas emplean diversas estrategias para tener un pipelineexitoso, por ejemplo, consiguiendo un balance entre los distintos estadios de de-sarrollo, entre los proyectos de alto y bajo riesgo o entre el número de nuevos fár-macos, las copias y las extensiones de productos. Muchas compañías basan sufuerza en varias áreas terapéuticas (por ejemplo, Pfizer, Novartis o GSK en cáncer,sistema nervioso central y cardiovascular), mientras que otras se centran en el do-minio de un área (por ejemplo, Lilly en antidepresivos, o Aventis en asma).

El pipeline de las seis principales farmacéuticas y las dos principales biotecnológi-cas en 2004 se muestra en la tabla 3.

29

30

* Los datos se refieren a 2004, excepto en el caso de Pfizer que son de 2003.** NME = nueva entidad molecular; EP = extensión de producto.Fuentes: Contract Pharma Top Companies Report, julio/agosto 2005; Modern Drug Discovery, octubre2004; Annual Reports (2004) de las compañías.

El mayor esfuerzo de las farmacéuticas se traduce en un mayor pipeline, pero noen un mayor porcentaje de NME aprobadas. Así, de los 38 nuevos fármacos apro-bados por la FDA en 2004, solamente ocho corresponden a grandes farmacéuti-cas (Pfizer, Sanofi-Aventis, Novartis, Bristol-Myers Squibb y Lilly), mientras que seishan sido desarrollados por grandes biotecnológicas (Amgen, Genentech, BiogenIdec y Genzyme). En los últimos dos años, el número de NME autorizadas por laFDA a las compañías biotecnológicas ha superado ampliamente a las obtenidaspor las farmacéuticas, aunque éstas hayan gastado tres veces más fondos queaquéllas (figura 2).

De los fármacos biotecnológicos actualmente en el mercado, las 10 empresas másgrandes tienen 35 blockbusters9 que suponen el 46% de las ventas. Estas empre-sas son muy dependientes de este tipo de fármacos. Para disponer de nuevas tec-nologías y mejores enfoques terapéuticos, las compañías farmacéuticas estánacercándose a las biotecnológicas, que son consideradas como la principal fuen-te de fármacos innovadores. Así, mientras que los primeros fármacos biotecnoló-gicos eran proteínas recombinantes obtenidas mediante ingeniería genética, ac-

Empresa Gasto I+D Empleados Pipeline*(M€)

Pfizer 6.200 115.000 43 proyectos preclínicos y 225 proyectosdesarrollo clínico (130 NME, 95 EP)**

GSK 4.200 > 100.000 53 proyectos preclínicos y 140 proyectosdesarrollo clínico (41 fase I, 52 fase II, 47 fase III). 88 NME, 32 EP, 20 vacunas

Sanofi-Aventis 3.970 96.439 51 proyectos preclínicos, 77 proyectos de-sarrollo clínico (29 fase I, 31 fase II, 17 fase III)

J & J 4.200 109.900 154 proyectos desarrollo (82 NME, 72 EP)

Merck 3.230 62.600 43 proyectos desarrollo clínico (20 fase I, 18 fase II, 5 fase III)

Astra Zeneca 3.060 > 64.000 31 proyectos preclínicos y 35 de desarrolloclínico (17 fase I, 13 fase II, 5 fase III). 52 NME y 25 EP

Amgen 1.635 14.400 25 proyectos desarrollo clínico (8 fase I, 12 fase II, 5 fase III). 18 NME y 1 EP

Genentech 765 7.646 19 proyectos desarrollo clínico (4 fase I, 8 fase II, 7 fase III). 9 NME y 24 EP

Tabla 3.Pipeline de

las principalesempresas

farmacéuticas ybiotecnológicas

9 Un producto cuyas ventas supera los mil millones de dólares al año.

tualmente las compañías biotecnológicas están aplicando nuevas tecnologías pa-ra incrementar su pipeline (por ejemplo, oligonucleótidos antisentido, vacunas te-rapéuticas, anticuerpos monoclonales, etc.). Durante los últimos diez años el pipe-line de fármacos biotecnológicos ha crecido notablemente, existiendo en la actua-lidad unos mil ochocientos biofármacos en desarrollo en todo el mundo, de los quemás de trescientos están en las últimas etapas de desarrollo o pendientes de apro-bación (figura 3). Aproximadamente un 25% de los fármacos biotecnológicos endesarrollo están licenciados o son codesarrollados, estando disponibles para li-cenciar un porcentaje similar.

En cuanto al área terapéutica, los fármacos para cáncer, enfermedades infecciosas(especialmente vacunas) y enfermedad inflamatoria suponen el 62% del total. Lascompañías prefieren centrarse en áreas que no requieren largos ensayos clínicos;así, por ejemplo, las aplicaciones cardiovasculares o para enfermedades respirato-rias únicamente suponen el 13% del total. Aproximadamente la mitad de estos fár-macos son pequeñas moléculas químicas, mientras que el 36% son compuestosbiológicos (proteínas terapéuticas, anticuerpos o vacunas). Este elevado númerode biológicos podría suponer que en el futuro estos productos fueran licenciadospara su producción y comercialización por terceros, dada la falta de capacidad deproducción en esta área.

En lo que respecta a España, no hay desarrollos en marcha que vayan a ser unblockbuster. Las empresas españolas están concentradas en el desarrollo de fár-macos para el tratamiento de enfermedades huérfanas10 (orphan drugs), o en sec-

31

10 Una enfermedad rara que afecta a menos de 5 (UE) o 7,5 (EEUU) de cada 10.000 personas, o quetiene una incidencia mayor, pero para la que no hay una expectativa razonable de que los costes dedesarrollar el medicamento y hacerlo disponible se recuperen con su comercialización.

Figura 2.Inversión de las compañíasfarmacéuticas y biotecnológicas, y número de NMEaprobadas por la FDA

Bio

tec

Farm

a

NM

EB

iote

cN

ME

Farm

a

50 30

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

25

20

15

10

5

0

Mile

sd

em

illo

nes

ded

N.º

de

NM

E

El dato de certificaciones sólo incluye nuevas entidades moleculares (NME), por lo que quedan exclui-das las de cambios en etiquetado, modificaciones en la composición o las combinaciones. Los medi-camentos compartidos entre farmacéuticas y biotecnológicas se han incluido en ambos grupos. Sólose han incluido datos de las grandes compañías farmacéuticas y las biotecnológicas que cumplen loscriterios definidos por Ernst & Young.

Fuente: Ernst & Young, Beyond Borders: Global Biotechnology Report 2005.

tores nicho que no van a suponer cifras de ventas muy significativas, aunque pue-den considerarse de posicionamiento estratégico para entrar en otras patologíasde mayor mercado.

2.3.1. LOS MEDICAMENTOS BIOGENÉRICOS

Se denominan medicamentos genéricos biológicos o «biogenéricos» a aquellospreparados farmacéuticos que contienen sustancias biológicamente activas obte-nidas mediante herramientas biotecnológicas, y que son esencialmente similares aun medicamento original cuya patente de producto ha caducado. Los medica-mentos genéricos clásicos se aprueban mediante un procedimiento simplificado deregistro abreviado, sin necesidad de nuevos ensayos de seguridad o de eficacia,siempre que se demuestre que el ingrediente activo genérico es idéntico al fárma-co original y es metabolizado de una manera bioequivalente. La demostración debioequivalencia en el caso de los biogenéricos no es tan sencilla, dado que cam-bios sutiles en el proceso de síntesis de una proteína recombinante pueden afec-tar a su estructura, actividad e inmunogenicidad, haciendo necesarios nuevos en-sayos clínicos. Las agencias reguladoras todavía no han definido su posición claraal respecto, mientras que BIO, la Asociación de Industrias Biotecnológicas deEEUU, está presionando para que no se apruebe ningún biogenérico sin estudiospreclínicos y clínicos originales. El término biogenérico referido a formas genéricasde productos biofarmacéuticos es confuso; de ahí que las agencias reguladoras in-ternacionales (EMEA, FDA) utilicen para estos productos los términos de biosimila-res o follow-on biologics.

32

Figura 3.Fármacos

biotecnológicos en desarrollo en todo

el mundo, según el tipo

Anticuerpos monoclonalesOtros

Número de fármacos*

Proteínas recombinantes

Oligonucleótidos antisentidoTerapia celular

InterferonesInmunoterapia

Vacunas

InterleuquinasFactores de crecimiento

Receptores solubles recombinantesFactores estimulantes de colonias

Terapia génica

Terapia de sustitución enzimáticaInhibidores de angiogénesis

Señalización

9076

342323

1411

1010

87

54

322

* Algunos fármacos están incluidos en más de una categoría.

Fuente: «2004 Survey Medicines in Development». Pharmaceutical Research and Manufacture of Ame-rica.

Los biogenéricos están suponiendo un negocio emergente, de enorme potencial,y se están abriendo hueco en los mercados biofarmacéuticos europeo y estadou-nidense, por la caducidad de patentes que se han consumado ya, o lo harán enlos próximos años (ver tablas 4 y 5). Así, en los próximos cinco años quedarán li-bres de patente productos biotecnológicos por valor de 10.000 M€. Es posibleque las variantes genéricas alcancen una cuota de mercado de entre el 50 y el 75%en algunos de esos nichos, estimándose el mercado mundial de biogenéricos en13.000 M€ en el año 2011, según análisis de Frost & Sullivan (2005). Ante estemercado potencial las grandes empresas farmacéuticas están ya posicionándose,bien mediante la adquisición de compañías de fabricación de biogenéricos, o bienfabricando genéricos de sus propios fármacos blockbuster. Hasta muy reciente-mente no ha existido un marco legal europeo para productos genéricos biotecno-lógicos. Los altos precios de los productos biotecnológicos auguran una especialsensibilidad de los decisores públicos hacia los biogenéricos, ya que pequeñas re-ducciones en su precio, aunque sean marginales, serán bien acogidas.

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Fuente: IMS Healthcare, Burril & Company.

Ventas Año de Sustancia globales, Año de caducidad de

Producto Compañía activa 2003 (M€) aprobación la patente

Avonex Biogen Interferón 970 1996 2003Idec beta-1ª

Betaferon/ Schering Interferón 700 1995 2007Betaseron beta-1ª

Enbrel Amgen Etanercept 1.050 1998(receptor soluble de TNFalfa)

Epogen Amgen eritiropoietina 1.935 1989 2004

Humulin Lilly insulina 890 1993 2001humana

Intron A Schering- interferón- 780 1995 2002Plough alfa-2b

Neupogen Amgen filgrastim 1.050 1991 2006 (G-CSF)

Procrit Orto eritropoietina 3.225 1990 2004Biotech

Remicade J & J TNF alfa 1.370 1998

Tabla 4.Productosbiofarmacéuticoslíderes en ventaspara los que se estándesarrollandobiogenéricos

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Fuente: IMS Healthcare, Burril & Company.

Año en que Sustancia caduca

Producto Compañía activa la patente

Geref Serono Sermorelin (GHRH) 2004

Synagis Abbott Palivizumab 2004

Activase Genentech, Boehringer Alteplase (TPA) 2005Ingelheim, Mitsubishi, and Kyowa Hakko Kogyo

Novolin Novo Nordisk insulina humana 2005

Protropin Genentech Somatrem (GH) 2005

Tabla 5.Productos

biofarmacéuticos conpatente caducada opróxima a caducar

n Los fármacos en desarrollo preclínico y fases I y II han aumentado en los últimosaños, aunque el número de nuevas moléculas aprobadas o pendientes de apro-bación ha disminuido.

n Las empresas biotecnológicas se consideran la principal fuente de fármacos in-novadores; durante los últimos años el pipeline de fármacos biotecnológicos haaumentado considerablemente.

n Los fármacos para el tratamiento del cáncer y las enfermedades infecciosas e in-flamatorias suponen casi dos tercios de los compuestos en desarrollo.

n Los medicamentos genéricos biológicos (biogenéricos) representan un negocioemergente debido a la caducidad de patentes de los fármacos biológicos. Lasagencias reguladoras todavía no han definido su posición con respecto a suaprobación.

2.4. La biotecnología y el negociodel diagnóstico La investigación en biotecnología ha generado un mercado de reactivos, sistemas,aparatos y consumibles, cuyos principales clientes están en los sistemas público y pri-vado de I+D, tanto si dicha investigación se lleva a cabo en el sector farmacéutico co-mo si se realiza en las pequeñas empresas que emergen de la propia investigaciónbiotecnológica. La principal demanda es debida a los centros de excelencia que, pa-ra no tener que dedicar sus esfuerzos y recursos a la producción y fabricación de es-tos productos, prefieren comprarlos a la industria auxiliar de la investigación.

Los ejemplos en biotecnología están constituidos por compañías de nueva creación,como Qiagen o Promega, o por compañías transformadas de otras creadas antes delos años setenta, como puede ser Applera (empresa resultante de la unión de AppliedBiosystems y Celera) y Perkin Elmer, ambas de los EEUU. Además de ser una indus-tria auxiliar de la investigación, la biotecnología ha aportado sustrato tecnológico parala industria del diagnóstico in vitro11 (DIV), lo que ha permitido la ampliación de nuevasáreas de negocio en compañías ya existentes, como Roche o Abbott, o la creación denuevas empresas, como Digene o Innogenetics, empresas norteamericana y belga,respectivamente. En España, cabe citar Genómica, Progenika, BioKit y Biotools.

Dentro del diagnóstico, la biotecnología ha contribuido al desarrollo de dos áreas denegocio, el inmunoensayo y el diagnóstico molecular. En el área del inmunoensayo, losanticuerpos monoclonales12 han aumentado la calidad de los ensayos, aportando ma-yor especificidad a los diferentes sistemas de diagnóstico, a la vez que generan rique-za mediante la creación de empresas especializadas en su producción y distribución.

Por su parte, el diagnóstico molecular es el auténtico hijo de la biotecnología. Por me-dio de las diferentes técnicas de amplificación,13 hibridación14 y detección de hibrida-ción, se pueden detectar fragmentos específicos de ADN relacionados con la pre-sencia de estructuras microbianas y virales, con marcadores de enfermedad o de res-puesta a la terapia, etc. Tiene su aplicación más importante en el DIV, así como en elcontrol del medio ambiente, en medicina forense, en el control de calidad en la in-dustria médica y en la detección de microorganismos en la industria de la alimenta-ción. Su carácter de tecnología horizontal aplicable a múltiples áreas de negocio hasido la base para la creación de diferentes compañías tipo start-up en EEUU y Euro-pa; esa horizontalidad puede considerarse, en parte, una de las razones para la ad-quisición por parte de Roche de la patente de PCR (reacción en cadena de la poli-merasa; ver figura 6) a Chiron, en 1992, por la cantidad de 15,4 M€, que entoncesse consideró desorbitada. Gracias a los productos desarrollados por Applied Biosys-tems (actualmente Applera), bajo licencia de Roche, han surgido aplicaciones de es-ta tecnología que han facilitado el desarrollo de áreas fundamentales de investigación.

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11 Realizado en el tubo de ensayo, es decir, fuera de un organismo vivo (lo que se denomina in vivo).12 Anticuerpos muy específicos obtenidos por técnicas de fusión celular (ver apartado 3.2.2).13 Aumento del número de copias de un determinado fragmento de ADN.14 Proceso de unión entre dos moléculas de ADN o ARN, debido a la complementariedad desecuencias.

La expresión «dispositivo médico de diagnóstico in vitro» abarca cualquier disposi-tivo (tal como reactivo, producto de reactivo, calibrador, material de control, kit, ins-trumento, aparato, equipo o sistema, empleado solo o en combinación) que pue-de ser utilizado in vitro para el examen de muestras (sangre, tejidos, o cualquier de-rivado del cuerpo humano) para proporcionar información sobre un estadofisiológico o patológico, o sobre una anomalía congénita (diagnóstico), o para con-trolar la eficacia de medidas terapéuticas (pronóstico). También los sistemas DIVdeben ser autorizados para ser comercializados.

Un test diagnóstico debe ser sencillo y, a ser posible, de uso amigable, o en todocaso no hostil al usuario. Su desarrollo debe integrar los elementos necesarios pa-ra demostrar la presencia en una muestra clínica del marcador o marcadores rele-vantes para el diagnóstico de una enfermedad, o para el seguimiento de la efica-cia terapéutica de un fármaco o vacuna. El test diagnóstico debe estar dispuestosobre una plataforma que permita su aplicación en el ámbito de los análisis cen-tralizados y altamente automatizados, o en el lugar de atención más próximo al pa-ciente. El proceso de comercialización de una prueba de diagnóstico cada vez seasemeja más al proceso de desarrollo de un fármaco y, en ese sentido, no existetest diagnóstico sin una terapia a la cual aplicarlo para su uso o control.

El negocio de los tests diagnósticos requiere una implantación a escala mundial.Se caracteriza por tener una interesante proyección de futuro por las expectativastecnológicas de los nuevos productos, que se prevé van a revolucionar el concep-to del diagnóstico como técnica de predicción de respuesta a fármacos (ver apar-tado 4.4. Farmacogenómica), por citar uno de los aspectos más interesantes, loque le permite atraer la atención de inversores. Así, todas las compañías citadasanteriormente cotizan en mercados de capital internacionales.

El mercado del diagnóstico in vitro se encuentra localizado fundamentalmente enel ámbito hospitalario y comprende las siguientes áreas de negocio: química clíni-ca, inmunoensayo, diagnóstico molecular, hematología, coagulación, microbiologíay virología, banco de sangre, histología y citología. En el año 2004, el tamaño deeste mercado fue de aproximadamente veintidós mil trescientos millones de euros.El mercado se encuentra concentrado en cinco países con una cuota del 69%, co-pando EEUU más del 40% del mismo. El 31% corresponde al mercado europeo,siendo la cuota de España del 3%. Para el año 2006, se espera un crecimiento delsector en todos los países, incluida España, debido a la aparición de nuevas com-pañías. El diagnóstico in vitro basado en la determinación de ácidos nucleicos ymoléculas relacionadas supone el 3,7% de la cuota de mercado.

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n Dentro del diagnóstico, la biotecnología ha contribuido al desarrollo de dos áreasde negocio: el inmunoensayo y el diagnóstico molecular.

n Los anticuerpos monoclonales, dentro del inmunoensayo, proporcionan mayorespecificidad a los sistemas de diagnósticos.

n El diagnóstico molecular, basado en las técnicas de amplificación y detección deADN, tiene su principal aplicación en los tests de diagnóstico in vitro, cuyo mer-cado se localiza fundamentalmente en el ámbito hospitalario.

2.5. Empresas de servicios

En el sector biofarmacéutico hay empresas cuyo objetivo no es convertirse en em-presas de producto, sino proporcionar servicios dentro de la cadena de valor. Den-tro de estas empresas destacan las denominadas de investigación bajo contrato(CRO, del inglés Contract Research Organization), que engloban un grupo hetero-géneo de empresas. Por regla general, realizan servicios externalizados desde lasgrandes empresas y abarcan ensayos preclínicos de laboratorio, ensayos con ani-males, toxicología, eficacia y biodisponibilidad, etc., habiendo también empresasde regulación y expertas en gestión de ensayos clínicos y farmacoeconomía.

Las grandes compañías externalizan entre el 10% y el 50% del desarrollo farma-céutico. Esto les permite concentrarse en su actividad central y, a la vez, disminuirsus costes fijos. Además, el uso de estas CRO puede acelerar los tiempos de re-gistro de los fármacos y su puesta en el mercado. Se prevé un incremento en elvolumen de contratos a medida que se consolide el sector y, por tanto, aumentela cartera de productos en desarrollo.

Quintiles, la CRO más grande del mundo, afirma que salvó un año complicado conla aprobación de un fármaco contra el alzheimer. El producto fue aprobado en1997, tan sólo a los 5,5 años del inicio del ensayo; el tiempo ahorrado en este de-sarrollo supuso alrededor de cuatrocientos cincuenta millones de euros en ventasañadidas por el tiempo extra de protección de la patente.

El mercado de las CRO tuvo su etapa de mayor crecimiento en los años noventacon una media próxima al 20% anual. A partir de 2000, este crecimiento, aunquesólido, se ha reducido a poco más del 10% en los años 2002 y 2003. Este mer-cado se divide en dos áreas fundamentales: una está relacionada con actividadesde investigación clínica que supone un 58% de su actividad y una facturación su-perior a los 4.700 M€ y, otra, relacionada con actividades analíticas y de toxicolo-gía preclínica que representa el resto con poco más de 3.400 M€. En 2003, el cre-cimiento en investigación clínica fue menor que en preclínica (8,8% y 15,5%, res-pectivamente), probablemente debido a un incremento en el número decompuestos en estadios iniciales de investigación y provenientes de compañíaspequeñas.

Las 20 compañías principales de este subsector representan casi el 60% del total;de éstas, sólo siete son compañías privadas, habiendo un domino de compañíaspúblicas, que representan el 27% de los ingresos de este grupo. Este porcentajesupone el mayor incremento desde el 2002 y es debido, probablemente, a la trans-formación de Quintiles en una compañía privada en el otoño de 2003.

Últimamente, las grandes CRO han expandido su área de trabajo abriendo nuevasoficinas en Europa del Este y Asia. Sobre todo para la parte de investigación clíni-ca, India es un foco de atención importante, pues supone un gran número de pa-cientes potenciales, aunque no está clara la aceptación de los datos clínicos obte-nidos en este país por las autoridades reguladoras de Europa y EEUU. El número

37

de empresas ha seguido creciendo en los últimos años, aunque de forma limitada,pues en 2001 había en Europa 451 empresas trabajando en el área clínica y ac-tualmente hay 466.

Las CRO llevan a cabo alrededor del 20% de la investigación farmacéutica y bio-tecnológica. Durante los últimos veinte años, la industria de las CRO ha llegado aser indispensable en el desarrollo de nuevos productos farmacéuticos, y las indus-trias farmacéutica y biotecnológica continúan apostando por este servicio externocomo una estrategia válida para su desarrollo en I+D.

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2.6. Otros aspectos fundamentalesdel negocio

La protección de la propiedad industrial en los centros de investigación como fuen-te de spin-off y en las empresas biomédicas contituye un paso crucial en el proce-so de valorización de sus desarrollos y un avance significativo hacia la creación delnegocio. La obtención de autorización de las especialidades terapéuticas desarro-lladas y protegidas es imprescindible para su comercialización, por lo que el papelde las agencias reguladoras tiene un peso enorme en la creación del negocio porestas compañías, hecho que contribuye significativamente al incremento de su va-lor, además de proporcionar a la sociedad mecanismos de seguridad. Asimismo,como el consumo de estas terapias se financia en su mayoría con fondos públicos,una gestión de precios y reembolso con las administraciones públicas desde eta-pas muy tempranas del desarrollo es esencial para el éxito de la compañía.

2.6.1. PROPIEDAD INDUSTRIAL E INTELECTUAL

Las patentes como instrumento de transferenciatecnológica

Los derechos de propiedad industrial e intelectual son bienes de incuestionable va-lor para las empresas y los centros públicos de investigación (CPI), y en modo al-guno debe minusvalorarse la necesidad de su protección ni los graves conflictosjurídicos que se pueden derivar de la falta de la misma. En España, la propiedadintelectual protege lo que se conoce comúnmente como derechos de autor y sediferencia de otros derechos sobre bienes inmateriales englobados en la propiedadindustrial, tales como patentes, marcas, certificados complementarios de protec-ción, topografías de semiconductores, modelos de utilidad, etc.

Dentro de la propiedad industrial, es necesario que tanto las empresas como losCPI protejan sus invenciones por medio de las patentes, así como el resto de mo-dalidades inventivas, adquiriendo una exclusividad temporal para su explotacióny rentabilizando las inversiones habidas en I+D. Por otro lado, la propiedad inte-lectual posee especial relevancia en la protección de libros, folletos, dibujos, pla-nos, mapas y programas de ordenador, entre otras muchas obras de posible pro-tección.

Todos los asuntos de I+D deben ser considerados secretos, no debiendo salir di-cha información de la empresa o CPI, a menos que se disponga del consenti-miento del correspondiente órgano competente. A la hora de proteger las inven-ciones se deberían seleccionar aquellas que se desea proteger, asegurándose desi la invención es patentable, si va a reportar beneficios y si puede mantenerse en

39

secreto hasta su protección. El siguiente paso que se debe seguir es elegir la mo-dalidad de protección adecuada en cada caso (patente, modelo de utilidad, dise-ño, etc.). Además, dado que la invención es territorial, es preciso seleccionar el paíso países donde se desea su protección, siendo los más adecuados aquellos en losque se disponga de empresa propia o licenciada, o aquellos otros en los que seprevea la venta o donde la fabricación pueda resultar fácil o ventajosa. Por último,hay que escoger las vías de protección más adecuadas. En este sentido, existentres vías principales para la presentación de patentes:

n Vía nacional, por medio de la presentación de una solicitud de patente en ca-da uno de los países en que se desee la protección.

n Vía europea, mediante la presentación de una solicitud de patente europea, de-signando aquellos Estados europeos que formen parte del Convenio de la Pa-tente Europea (31 países a fecha de 1 de julio de 2005) en los que se desee pro-tección.

n Vía Tratado de Cooperación en materia de Patentes (PCT), que permite ini-ciar el proceso de solicitud de patente en 126 países simultáneamente, a partirde una única solicitud internacional. Mediante este sistema se puede conseguirun aplazamiento de 18 meses, en algunos casos de 19, de la mayoría de loscostes relacionados con la presentación de solicitudes, lo que permite disponerde más tiempo para analizar la viabilidad técnica y/o comercial de la invención,antes de incurrir en gastos.

Los CPI (universidades y organismos públicos de investigación, tales como CSIC,INIA, Instituto de Salud Carlos III, etc.) no han tenido tradición de proteger los re-sultados de su actividad investigadora, siendo la protección de los mismos espe-cialmente importante en esas entidades. Sin embargo, el funcionamiento del actualsistema público de I+D hace que los intereses de los investigadores de los CPI(evaluados en su actividad científica preferentemente por las vías tradicionales, co-mo publicaciones, tesis dirigidas, congresos), sean muy distantes de los requeri-dos para la transferencia de tecnología al tejido productivo. Es preciso que estoscriterios de evaluación cambien y que se tengan en cuenta de forma real otros re-sultados de la actividad investigadora, tales como patentes en explotación o en ví-as de explotación, proyectos con empresas, etc.

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Se ha descrito que entre el 10% y el 60% de las instituciones públicas de investi-gación europeas no recuperan beneficios de su gestión de la propiedad industrialpor parte de las correspondientes oficinas de transferencia de tecnología. Las ins-tituciones que han tenido una mejor gestión de la transferencia de tecnología me-diante una eficaz protección de sus derechos, han sido las de cobertura estatal, ta-les como los organismos públicos de investigación de España (CSIC), Francia(CNRS) o el Reino Unido (Research Councils).

Como ejemplo de la importancia que están adquiriendo las patentes en los orga-nismos públicos de investigación, en la figura 4 se muestra la evolución del núme-ro de patentes y licencias de explotación en el CSIC. El número de licencias anua-les de patentes supera las 30 en los dos últimos años y en su mayoría son licen-cias de patentes relacionadas con la biomedicina.

41

La práctica diaria en la gestión de la propiedad industrial en un CPI establece unprocedimiento que, en el caso del CSIC tomado como ejemplo, consta de las si-guientes fases:

1) Proposición. Cuando un investigador tiene alguna materia patentable debe pre-sentar una memoria con la información que permita elaborar la patente. Además,debe aportar un formulario con información relativa al objeto de la patente, grado dedifusión, ámbito de aplicación, nombres de los inventores, su porcentaje de partici-pación en la obtención de la invención, la relación que tienen con la Institución. Si lainvención es consecuencia de colaboración entre más de una entidad, hay que rea-lizar un acuerdo de cotitularidad en el que se establezcan las condiciones de la ex-plotación, quién realizará los tramites, cómo se tomarán las decisiones para las po-sibles extensiones internacionales y, lo que es más importante, los criterios para laexplotación de la invención, criterios para el otorgamiento de licencias, quiénes lle-varán las gestiones de promoción de la invención, etc.

2) Presentación. Una vez verificada la patentabilidad de la invención, se presentala solicitud de patente ante la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEPM). Pos-teriormente, y dentro del periodo de prioridad de una patente (derecho que permi-te extender la protección a otros países, durante el año siguiente a la solicitud depatente), se presenta una solicitud internacional PCT (reivindicando prioridad espa-ñola), prolongando así la decisión de designación de países hasta los 30 ó 31 me-ses, desde la fecha de la solicitud española. Este periodo está permitiendo al CSICen estos momentos incrementar su número de licencias otorgadas.

Figura 4.(A) Evolución de lassolicitudes de patentesinternacionales enciencias de la vida ybiomedicina en elCSIC. (B) Evolución decontratos deexplotación deresultados en el CSIC

B

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

BB

0

5

10

15

20

25

30

35

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

AAA

Núm

ero

Núm

ero

Fuente: OTT CSIC.

Los ingresos totales debidos a la explotación de resultados del CSIC fueron 32.436€ en 1999, 1.686.686 € en 2001, llegando a 2.012.637 € en 2003. En estos mo-mentos la patente que más ingresos está generando al CSIC es la patente «Reac-ciones de síntesis de ADN (in vitro) que emplean la enzima ADN polimerasa de phi 29modificada y un fragmento de ADN que codifica dicha polimerasa». Esta patente es-tá licenciada hace más de diez años. Hay que tener en cuenta que los resultados quese generan en un CPI suelen estar inmaduros para su explotación industrial, por loque hay que valorar los costes en los que las instituciones están dispuestas a incu-rrir. En el CSIC no se continúa más allá de la fase internacional del PCT, ya que a par-tir de ese momento se entra en fases nacionales y/o regionales con un alto coste. Só-lo cuando hay empresas que asumen los gastos, el CSIC continúa con la tramitaciónde la patente en los países en los que la empresa licenciataria esté interesada.

Gracias a la licencia de patentes del CSIC, se están creando empresas de basetecnológica relacionadas con la biomedicina, siendo en muchos casos empresasparticipadas por los inventores que confían en su investigación y arriesgan inver-siones. Ejemplos de estas son Bionostra (CNB, CSIC), Genetrix (CBM, CNB,CSIC), Crystax (CSIC), NewBiotecnics (Universidad de Sevilla), BioMedal (Universi-dad de Sevilla), Biopolis (IATA, CSIC), Medplant Genetics, actualmente Progenika(CNB, CSIC), Advancell (Universidad de Barcelona), Policlonal (INRC, CSIC), Inte-raxin Proteomics (CBM, CSIC), Integromics (CNB, CSIC), LACTEST (CSIC, UAM),ERA plantech (CSIC, Barcelona), Triana Science Technology (CSIC, Universidad deGranada) y Oncopharma (IIB, CSIC).

En resumen, es muy importante una gestión adecuada de la propiedad industrial eintelectual, debiendo los investigadores tomar decisiones en cuanto a la protecciónde sus resultados antes de difundirlos. Patentar no impide publicar, sólo hay quetener la precaución de presentar la solicitud de patente antes de divulgar. Sólo sihay resultados protegidos, éstos se podrán explotar, permitiendo conseguir los ob-jetivos de que los nuevos productos y procesos desarrollados sirvan para incre-mentar la calidad de vida de los ciudadanos.

Las patentes en el sector farmacéutico y la industria biotecnológicaLa innovación, en especial en el campo de la biotecnología y farmacia, requiere fuer-tes inversiones en I+D durante largos periodos de tiempo con un alto riesgo de noproducir resultados. Para la recuperación de la inversión se necesita el máximo tiem-po posible de exclusividad para la explotación del mercado del nuevo producto. De-bido a las características de los inventos constituidos por entidades químicas, las pa-tentes representan la forma más eficaz para garantizar esta exclusividad; de ahí el pa-pel prácticamente esencial de las patentes como instrumentos de demarcación delmercado para el establecimiento de una actividad industrial en este campo.

El sistema legal de patentes, en el caso de moléculas químicas, desemboca en pa-tentes con una gran solidez, lo que no siempre es fácil de obtener en otros campos.

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Esto es una consecuencia de la naturaleza de las moléculas que componen la mate-ria. Como entidades químicas discretas, estas moléculas pueden describirse con pre-cisión y la protección que se puede obtener es muy sólida, pues la identificación de lamolécula específica en un producto de un tercero basta para demostrar infracción.

El papel fundamental de una patente para su beneficiario es disuadir a la posiblecompetencia de emprender un desarrollo comercial del mismo producto. En estesentido, dadas las incertidumbres mencionadas sobre la fortaleza de una patenteespecífica, el juez que presida la resolución de un litigio es quien tiene la última pa-labra sobre la duración de la exclusividad. Sin embargo, dadas las fuertes inver-siones necesarias y los riesgos correspondientes, en el sector farmacéutico muypocas compañías se arriesgan a emprender la competencia a la vista de una pa-tente que aparenta proteger un fármaco determinado. Por eso, en este sector laspatentes en vigor tienen un valor extraordinario, bastando muchas veces su exis-tencia y conocimiento público para impedir cualquier intento de competencia.

Por otra parte, dada la fuerte protección del mercado posible con una buena pa-tente de un producto farmacéutico o biotecnológico, las patentes constituyen títu-los de propiedad efectivos sobre los rendimientos económicos de esos mercados.Como tales son el objeto fundamental en que se basan las transacciones entre em-presas o en la transferencia de innovación desde CPI a empresas. Las licenciasson la forma en que prioritariamente tienen lugar estos acuerdos.

Actualmente, dados los largos tiempos de desarrollo antes de la comercialización,la patente única dirigida a proteger una determinada invención generalmente espoco útil, por lo que es preciso utilizar las patentes para definir las diferentes es-trategias empresariales de protección a largo plazo. Así, una estrategia ofensivapretende obtener productos o procesos nuevos o más baratos, que proporcionenuna ventaja competitiva. La estrategia defensiva se emplea para reforzar un lide-razgo bloqueando ciertas áreas técnicas, frustrando de este modo los intentos dela competencia de asegurarse una posición de patente fuerte. Finalmente, las pa-tentes también se pueden emplear con fines de intercambio o alianza, por ejemplopara negociar con un competidor otras patentes o concesiones.

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n Las patentes y demás modalidades inventivas permiten a las empresas y a losCPI proteger sus invenciones, rentabilizando sus inversiones en I+D.

n Hay tres vías de presentación de patentes, la nacional, la europea y la del Tratadode Cooperación en materia de Patentes (PCT); esta última es ventajosa porquecon una sola solicitud permite iniciar el proceso en 126 países simultáneamente.

n Los CPI no han tenido tradición de proteger los resultados de su actividad in-vestigadora, debido a que los criterios de evaluación de sus investigadores novaloran suficientemente sus actividades de transferencia tecnológica. No obs-tante, existe un aumento gradual en el número de sus patentes y licencias de ex-plotación de resultados.

n El papel fundamental de una patente es disuadir a la posible competencia de em-prender un desarrollo comercial del mismo producto. Dados los largos tiemposde desarrollo, las patentes únicas son generalmente poco útiles, siendo necesa-rias estrategias de protección a largo plazo.

2.6.2. LAS AGENCIAS REGULADORAS

A principios de los años sesenta, el desastre de la talidomida causó un gran im-pacto en la opinión pública, haciendo patente el posible riesgo que los medica-mentos pueden tener para la salud pública y sirviendo como acicate para que lospaíses europeos actualizaran las medidas regulatorias (en forma de directivas, le-yes, reales decretos, circulares, directrices, etc.) que aplican a este tipo tan espe-cial de productos. Como consecuencia de ello, hoy en día éste es uno de los sec-tores sociales más ampliamente regulado y con un importante control por parte deorganismos públicos.

El artículo 8 de la Ley del Medicamento (Ley 25/1990 de 20 de diciembre) esta-blece así lo que es un medicamento: «Toda sustancia medicinal y sus asociacioneso combinaciones destinadas a su utilización en las personas o en los animales, quese presente dotada de propiedades para prevenir, diagnosticar, tratar, aliviar o cu-rar enfermedades o dolencias, o para afectar a funciones corporales o al estadomental.». Todos los productos que se encuadran dentro de esta definición estánsometidos a una serie de requerimientos legales comunes a todos ellos. Además,en función de su origen, modo de administración, indicaciones, etc., hay otras res-tricciones y regulaciones que se aplican específicamente a diferentes grupos demedicamentos.

Un requerimiento común a todos los medicamentos es que ninguno puede ser co-mercializado sin tener una autorización previa emitida por la autoridad competen-te. Otro requisito común es que las instalaciones donde se fabrican deben cumplirunos requerimientos mínimos (establecidos por ley y por directrices) y que ademásdichas instalaciones deben haber sido inspeccionadas y autorizadas por la autori-dad competente. Sin la autorización previa de dichas instalaciones no se puedeaprobar la comercialización de ningún medicamento producido en ellas. Para losmedicamentos comercializados en España, las autoridades competentes que ins-peccionan y autorizan las instalaciones de producción y que también emiten la au-torización de comercialización de los medicamentos son: i) la Comisión Europea,previo informe positivo de la Agencia Europea del Medicamentos, EMEA (EuropeanMedicines Evaluation Agency), y ii) la Agencia Española del Medicamento y Pro-ductos Sanitarios (AEMyPS), dependiente del Ministerio de Sanidad.

Para algunos tipos de medicamentos la compañía biomédica puede elegir entresolicitar la autorización para comercializar el medicamento a la EMEA o a laAEMyPS. En otros casos, la regulación actual obliga a que la evaluación y autori-zación se haga directamente a través de la EMEA, siguiendo el procedimiento deregistro que se denomina centralizado. Este procedimiento centralizado se esta-bleció en 1993, de acuerdo con la regulación del Consejo 2309/93 y la Directiva93/41/EEC, y es obligatorio para los medicamentos que se hayan desarrollado uti-lizando cualesquiera de los tres siguientes procesos biotecnológicos: tecnologíadel ADN recombinante; expresión controlada de genes que codifiquen proteínasbiológicamente activas en procariotas (p.ej., bacterias) y eucariotas, incluyendo cé-

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lulas de mamífero transformadas; y métodos de hibridomas y anticuerpos mono-clonales.

En el supuesto de una compañía que hubiera desarrollado a lo largo de varios añosun medicamento de origen biotecnológico y quisiera comercializarlo en Europa, de-bido a su origen biotecnológico tendría que presentar la solicitud a la EMEA y se-guir el procedimiento de registro centralizado. En primer lugar, la compañía con-tacta con la EMEA comunicándole que, en un plazo de tres a cuatro meses, pre-sentará formalmente la solicitud de comercialización. En dicha comunicación inicialla compañía presenta un pequeño resumen del medicamento junto con sus indi-caciones terapéuticas. Si se trata de un medicamento para uso en humanos, estainformación se remite al Comité de Especialidades Farmacéuticas de Uso Huma-no (CHMP, Committee for Human Medicinal Products), que nombra entonces ados de sus miembros como Rapporteur y Co-Rapporteur. Estas personas, que se-rán los representantes de dos estados miembros, actuarán durante todo el proce-so de evaluación de dicho medicamento como coordinadores y serán los respon-sables de elaborar los informes de evaluación que se preparen durante el procedi-miento. Pasado ese plazo de tres a cuatro meses, la compañía presenta la solicitudde comercialización junto con el expediente de registro, que es el conjunto de do-cumentos que sustenta la calidad, la seguridad y la eficacia del medicamento pa-ra el que se solicita la autorización. Además, la compañía solicitante tiene que pa-gar una tasa a la EMEA por los servicios que ésta presta durante la evaluación, ta-sa que en 2004 era del 232.000 €.

Con anterioridad a la presentación del expediente de registro, y como una parte im-portante de éste, la compañía deberá incluir información obtenida durante la fasede investigación y desarrollo del medicamento, es decir, la fase de investigaciónpreclínica. Si la compañía tiene cuestiones abiertas sobre la mejor forma de abor-dar algún aspecto relacionado con la calidad, seguridad y eficacia del medica-mento que está desarrollando en esta fase, puede solicitar asesoramiento científi-co previo a la EMEA. El procedimiento, plazos de la EMEA para responder y tasasque debe pagar la compañía están perfectamente protocolizados y recogidos endiversos documentos de la EMEA. En el año 2004 hubo un total de 87 peticionesde asesoramiento científico y el procedimiento duró en total una media de 102 días(incluyendo el tiempo que se tarda en validar la documentación presentada por lacompañía).

A partir de la presentación de la documentación del expediente de registro, laEMEA dispone de 14 días para validarla. Una vez validado el expediente, se envíaal Rapporteur y al Co-Rapporteur y a todos los países miembros que lo soliciten.El Rapporteur y el Co-Rapporteur, contando con expertos de su país, deben pre-parar, de manera independiente y en un plazo de 70 días, un informe de evalua-ción del medicamento, que incluirá, si fuera necesario, preguntas y aclaraciones alas que debe responder la compañía. Los países miembros, tras examinar los dosinformes, pueden hacer también comentarios o plantear nuevas cuestiones. Te-niendo en cuenta estos comentarios y el informe del Co-Rapporteur, el Rapporteur

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prepara un único informe conjunto, conteniendo una lista de preguntas para lacompañía, y lo envía al CHMP, quien a su vez lo enviará a la compañía antes deldía 105. Desde este día y hasta el día 210 del procedimiento, hay varios plazos pa-ra que la compañía responda a las cuestiones planteadas, para que el Rapporteur,el Co-Rapporteur y los países miembros valoren las respuestas a las mismas y, porúltimo, para que el Rapporteur prepare un informe de evaluación final recomen-dando o rechazando la solicitud de comercialización. Este informe se remite alCPMP (Committee for Proprietary Medicinal Products) que a su vez lo dirige a lacompañía solicitante y a la Comisión Europea. Este último organismo es el que, enun plazo de 90 días, prepara el dictamen definitivo, publicándose en el Diario Ofi-cial de las Comunidades Europeas

La autorización de comercialización emitida por la Comisión implica que a partir deese momento la compañía puede comercializar el medicamento en cualquier esta-do miembro. Esta situación es particular para los medicamentos autorizados por elprocedimiento centralizado, pues hay otros procedimientos de registro diferentesque permiten a la compañía presentar la solicitud de autorización en una o variasagencias nacionales para ser autorizados exclusivamente en uno o varios estadosmiembros, según el interés de la compañía. La autorización de comercializaciónconcedida por el procedimiento centralizado es válida por cinco años. Tres mesesantes de que expire la autorización, la compañía puede solicitar una extensión dedicha autorización.

La compañía farmacéutica es la que prepara el expediente de registro, que deberecoger toda la información relevante sobre el medicamento que se quiere comer-cializar. La información debe presentarse siguiendo un formato preestablecido quese recoge en el denominado Documento Técnico Común (CTD, Common Techni-cal Document). El formato CTD se ha establecido en 2003 y se ha hecho de co-mún acuerdo con las tres grandes agencias reguladoras mundiales (UE, EEUU yJapón). Llegar a consensuar el CTD ha sido un proceso laborioso que ha duradovarios años y que permite a las compañías simplificar los trámites de solicitud deautorización, al utilizar un expediente de registro similar en las tres áreas geográfi-cas mencionadas.

En el año 1999, y con la intención de incentivar a las compañías farmacéuticas aque investiguen y comercialicen medicamentos para enfermedades que afectan aun número reducido de enfermos, no más de cinco por cada diez mil personas enla UE, el Parlamento Europeo aprobó una legislación que regula diversos aspectosde los denominados medicamentos huérfanos, aquellos dirigidos a enfermedadesde baja incidencia en la población y que no tienen disponible un tratamiento. Co-mo consecuencia de esta decisión, la EMEA creó en el año 2000 el Comité de Me-dicamentos Huérfanos (COMP, Committee on Orphan Medicinal Products), encar-gado de evaluar las solicitudes presentadas para determinar si una solicitud puedeacogerse a la designación de medicamento huérfano con todas las ventajas queello supone, como, por ejemplo, una reducción importante en las tasas requeridaspara la evaluación del expediente de comercialización. Una vez que el COMP con-

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cede la designación de medicamento huérfano y esta decisión es ratificada por laComisión Europea, será el CHMP el encargado de coordinar la evaluación del ex-pediente de registro. Una peculiaridad del COMP es que cuenta con representan-tes de asociaciones de pacientes, además de los representantes de los estadosmiembros de la UE. En los últimos tres años el número de solicitudes anuales queha recibido el COMP para evaluar ha variado entre 80 y 108. Las asignaciones demedicamento huérfano en la Unión Europea durante los últimos cinco años semuestran en la figura 5.

En el año 2004 la EMEA emitió un total de 34 opiniones positivas sobre nuevas so-licitudes de comercialización (este número incluye seis opiniones positivas sobremedicamentos que obtuvieron la designación de medicamento huérfano). En estemismo año no hubo ninguna opinión negativa, pero en siete casos la propia com-pañía retiró la solicitud antes de que la EMEA emitiera su informe.

En lo que respecta a los sistemas de diagnóstico in vitro de enfermedades huma-nas, la UE publicó en el año 1998 la Directiva 98/79/CE con la intención de armo-nizar la producción y comercialización de los sistemas de diagnóstico in vitro. EnEspaña esta directiva, incorporada al ordenamiento jurídico con el Real Decreto1662/2000, es de obligado cumplimiento a partir del 7 de diciembre de 2003 pa-ra todos los productos de diagnóstico in vitro comercializados en España. El orga-nismo que inspecciona las instalaciones y emite la autorización de comercializaciónes la Dirección General de Farmacia y Productos Sanitarios. El sector del diagnós-tico carecía hasta ese momento de un marco legislativo adecuado que asegurar lalibre circulación de productos en la UE, o de las adecuadas condiciones de pro-ducción y funcionamiento en los tests diagnósticos. En definitiva, lo que regula laDirectiva es el marcado CE de los productos; ello supone que cualquier productofabricado en cualquiera de los estados miembros y que contenga el marcado CE

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Figura 5.Evolución en la UniónEuropea, entre losaños 2000 y 2004,de la asignaciónde medicamentoshuérfanos

Fuente: Ernst & Young, Beyond Borders: Global Biotechnology Report 2005.

tiene abiertas las puertas en todo el mercado europeo. Básicamente, los produc-tos se clasifican en dos grandes grupos: los que han de ser evaluados por unagente externo aprobado por las agencias reguladoras (fundamentalmente pro-ductos relacionados con transfusión sanguínea, detección de virus, donación deórganos o autodiagnóstico), y productos de autocertificación, es decir, aquellos pa-ra los que el fabricante comunica a las autoridades, bajo su responsabilidad, quecumplen con los requisitos del marcado CE.

2.6.3. POLÍTICA DE PRECIOS Y REEMBOLSODEL MEDICAMENTO

El precio de un medicamento y el hecho de que éste sea financiado con fondos pú-blicos son dos de las variables que en mayor medida van a afectar al éxito de dichoproducto en el mercado. La variable precio es la más importante en la rentabilidadde un medicamento y su financiación va a afectar positivamente al volumen de ven-tas del mismo. Es, por tanto, importante conocer a fondo las posibilidades de la po-lítica de precios y reembolso a la hora de embarcarse en un proyecto terapéuticonuevo. Conocer la legislación vigente y los aspectos a los que son sensibles las au-toridades encargadas de las decisiones de precio y financiación de medicamentos,permitirá definir la mejor estrategia que conduzca a la obtención de financiación porparte del Sistema Nacional de Salud (SNS) a un precio óptimo.

Tanto la financiación pública como la fijación de los precios de los medicamentos enla Unión Europea son competencia de los estados miembros de acuerdo con la Di-rectiva 2001/83/CEE. La Directiva 89/105/CEE establece las medidas de garantía yprocedimientos para la fijación de precios por cada Estado Miembro. La adaptaciónde esta Directiva al derecho español se realizó por Real Decreto 271/1990, de 23de febrero, sobre intervención de precios de las especialidades farmacéuticas.

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n Un medicamento para ser comercializado necesita la autorización del organismoregulador competente y ser fabricado en unas instalaciones inspeccionadas yautorizadas. Las autoridades competentes para los medicamentos comercializa-dos en España son la Agencia Europea del Medicamento (EMEA) y la AgenciaEspañola del Medicamento y Productos Sanitarios (AEMyPS).

n Los medicamentos biotecnológicos producidos mediante tecnología de ADN re-combinante y los anticuerpos monoclonales deben seguir el procedimiento deregistro centralizado a través de la EMEA. Este procedimiento permite la comer-cialización en cualquiera de los estados miembros de la UE.

n Si un medicamento es designado como medicamento huérfano (es decir, dirigi-do contra enfermedades de baja incidencia y que no tienen tratamiento disponi-ble) goza de una serie de ventajas en su autorización, como la reducción de ta-sas, asistencia técnica y exclusividad de mercado durante un periodo determi-nado.

n Los sistemas de diagnóstico in vitro tienen una regulación específica; aquellosque tengan la marca CE pueden comercializarse en todo el mercado europeo.

La Dirección General de Farmacia y Productos Sanitarios (DGFPS), adscrita al Minis-terio de Sanidad y Consumo (MSC), es la responsable de la decisión de financiaciónde los medicamentos reembolsables por el SNS y de la fijación del precio de los mis-mos a través de la Subdirección General de Calidad del Medicamento y ProductosSanitarios. La Comisión Interministerial de Precios de los Medicamentos, adscrita alMSC e integrada por representantes de este Ministerio y de los Ministerios de Eco-nomía, Hacienda e Industria y Energía, es quien en último término determina el pre-cio industrial máximo nacional para cada especialidad farmacéutica financiada concargo a fondos públicos. Hasta la fecha no existe ningún procedimiento específicoen materia de precio y financiación para medicamentos biotecnológicos, por lo quehan de ajustarse a la regulación vigente que afecta al resto de especialidades farma-céuticas, teniendo que pasar por idénticos trámites que aquellas.

Conseguir financiación a un precio óptimo que asegure el retorno de la inversión ydeje un margen de beneficio aceptable es sólo el primer paso. Un medicamento, alo largo de su ciclo de vida, puede verse afectado por diversas medidas encami-nadas a la contención del gasto farmacéutico. El mayor gasto de medicamentosse da en atención primaria, por lo que las principales medidas de contención de di-cho gasto afectan a los medicamentos prescritos en los ambulatorios; entre losmedicamentos biotecnológicos prescritos a este nivel se encuentran alguna insuli-na o vacunas. En líneas generales los medicamentos biotecnológicos son de usoo de diagnóstico hospitalarios: eritropoyetina, factores estimulantes de colonias,hormona del crecimiento, medicamentos para el tratamiento del cáncer, la artritisreumatoide o la enfermedad de Crohn. En el ámbito de la atención especializada,también se han implementado medidas de índole diferente a las que afectan a laatención primaria, pero encaminadas igualmente a la contención del gasto.

Financiación

En España, la Ley 25/1990 del Medicamento en su artículo 94 regula los procedi-mientos para la financiación pública de los medicamentos, estableciendo que elMSC decidirá, previamente a la comercialización de un medicamento, las indica-ciones incluidas, y modalidad en su caso (tipo de aportación por parte del benefi-ciario), o excluidas de la prestación. Estas decisiones corresponden a la DGFPS através del procedimiento establecido en el RD 83/1993, de 23 de enero, por el quese regula la selección de los medicamentos a efectos de su financiación, desarro-llado por la OM 6-IV-1993 y la Instrucción de 13-XII-2002.

Para decidir la indicación del medicamento que se incluye en la prestación del SNS(art. 94.1 LM) se tienen en cuenta criterios generales, objetivos y publicados, con-cretamente:

n Gravedad, duración y secuelas de las distintas patologías.

n Necesidades de ciertos colectivos.

n Utilidad terapéutica y social del medicamento.49

n Limitación del gasto público destinado a prestación farmacéutica.

n Existencias de medicamentos ya disponibles y otras alternativas mejores o igua-les para las mismas afecciones a menor precio o inferior costo de tratamiento.

Entre las patologías que cuentan con algún medicamento biotecnológico se en-cuentran muchas para las cuales existe una gran sensibilidad por su gravedad oson muy prevalentes; entre otras, el área oncológica, la diabetes, la artritis reuma-toide o la enfermedad de Crohn. Atendiendo a los criterios anteriormente citadospara decidir la financiación de medicamentos es fácil pensar, a priori, que las posi-bilidades de reembolso de los medicamentos biotecnológicos son altamente pro-bables. En cualquier caso es importante remarcar que dichas posibilidades de re-embolso no van ligadas a su condición de biotecnológicos, sino a la aportación deéstos al arsenal terapéutico existente para el tratamiento de la patología a la quevan dirigidos.

Precio

En Europa, tres de los cinco mercados farmacéuticos más importantes, Fran-cia, Italia y España, utilizan referencias externas para la fijación del precio de lasespecialidades farmacéuticas. En contraste con la mayoría de los restantes pa-íses europeos, los fabricantes de productos farmacéuticos en Alemania puedenfijar libremente el precio de los mismos, siendo el Reino Unido el país europeoque presenta precios más elevados gracias a un ambiente regulador relativa-mente libre.

La intervención de los precios en España se regula en la Ley 25/1990 del Medica-mento, que dispone que el Gobierno establecerá el régimen general de fijación deprecios industriales de las especialidades farmacéuticas financiadas con cargo afondos de la Seguridad Social o a fondos estatales afectos a la sanidad. Desde1998 las compañías farmacéuticas pueden fijar libremente el precio de los medi-camentos no reembolsables; en el caso de medicamentos financiados por el SNS,la Comisión Interministerial establece un precio máximo de reembolso.

El precio de venta al público (PVP) resulta de agregar los precios de los eslabonesde la cadena productiva: el precio industrial o precio de venta del laboratorio (PVL),el margen comercial de distribución o precio de venta del almacén (PVA) y el mar-gen comercial de dispensación o margen de las farmacias, al que se le añade elIVA (4%).

El sistema de fijación del precio industrial (PVL) de los nuevos medicamentos enEspaña se establece en función del coste de la especialidad farmacéutica (materiaprima, producción, administración, promoción y gastos generales), al que se leañaden los gastos de I+D y el beneficio empresarial. Existen unos límites formalesa este sistema de fijación de precios: el precio del medicamento debe permitir unosbeneficios de entre el 12% y 18%, sólo se admiten costes de publicidad y promo-

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ción entre el 12% y 16% del PVL, mientras que el 100% de la inversión en investi-gación y desarrollo puede imputarse como coste.

De manera informal existen otros criterios utilizados como referencia para fijar elprecio del medicamento:

n Precio del mismo principio activo en otra forma farmacéutica (euros/gramos dela sustancia).

n Nivel de precios comparativo de otras alternativas terapéuticas en el mercadonacional.

n Nivel de precios comparativo de otras alternativas terapéuticas en el mercadoexterior, principalmente Francia, Italia, Portugal y Grecia (los bajos) y Alemania yReino Unido (los altos).

n Nivel de precios comparativo de otros fármacos con la misma indicación o quecubran necesidades terapéuticas similares.

Otros factores relacionados con la evaluación global del impacto del nuevo pro-ducto para la fijación de precio son el impacto presupuestario, el nivel de innova-ción terapéutica, las actividades de investigación y desarrollo e inversión producti-va en España y los acuerdos de licencias con compañías locales orientadas a la in-vestigación y el desarrollo.

Independientemente de que, al solicitar el precio a la DGFPS, el fabricante de me-dicamentos biotecnológicos presente datos referentes a los costes de investiga-ción, producción o estudios de evaluación económica para justificar la solicitud deun precio óptimo, la predisposición inicial de los responsables de la fijación de pre-cios es, en general, la de aprobar para estos medicamentos precios relativamenteelevados. Especialmente los médicos aceptan el precio elevado si el resultado clí-nico es bueno y mejora el logrado con las armas terapéuticas ya existentes en elmomento en que aparece el medicamento biotecnológico en el mercado. Uno delos argumentos empleados por los fabricantes de medicamentos biotecnológicosen las negociaciones de precio con el MSC es que el impacto presupuestario serámoderado debido a que el número de pacientes susceptibles de ser tratado condicho medicamento es reducido.

Medidas de contención del gasto farmacéutico

Las medidas de contención del gasto farmacéutico pueden ser restricciones de laoferta o bien de la demanda. El Gobierno puede excluir total o parcialmente o so-meter a condiciones especiales de financiación medicamentos previamente inclui-dos en la prestación, teniendo en cuenta los criterios señalados para la inclusión yel precio de los similares existentes en el mercado. Así se hizo con el RD 83/1993y con el RD 1663/1998; frente a estos llamados «medicamentazos», algunas auto-nomías (Andalucía, Navarra) reaccionaron financiando con fondos propios las es-

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pecialidades excluidas por el Estado, por lo que éstas pueden establecer presta-ciones complementarias.

A partir de 1997 se incluye en la Ley del Medicamento el sistema de precios de re-ferencia para medicamentos con financiación pública, cuya regulación se contieneen dicha ley, así como en el RD 1.035/1999, que han sufrido modificaciones im-portantes y, en particular, la introducida por la Ley 16/2003, de 28 de mayo, de Co-hesión y Calidad del SNS. En virtud de estas normas se establecen unos conjun-tos que incluyen la totalidad de las presentaciones de especialidades financiadasque tengan el mismo principio activo, englobando las diferentes vías de adminis-tración y en los que exista, al menos, una especialidad genérica cuyo precio nun-ca podrá ser superior al de referencia. De estos conjuntos se excluyen las formasfarmacéuticas calificadas como innovadoras hasta que se autorice la especialidadfarmacéutica genérica correspondiente. El precio de referencia es la cuantía máxi-ma que se financia de las presentaciones de especialidades incluidas en estos con-juntos. En los primeros meses de 2005 el sistema de precios de referencia ha que-dado suspendido tras la aprobación del Plan Estratégico de Política Farmacéuticapara el SNS Español, presentado por el actual equipo del Ministerio de Sanidad, ala espera de una revisión de dicho sistema de precios de referencia que se imple-mentará a lo largo del año 2006.

En múltiples ocasiones el Gobierno ha impuesto medidas de congelación o reduc-ción de precios de medicamentos ya comercializados. Recientemente, ha sidoaprobada la rebaja lineal del precio de los medicamentos durante 2005 en un 4,2%y un 2% adicional durante el año 2006.

En atención primaria existe un creciente control del volumen de prescripción de losmédicos abogando por un uso racional y eficiente de los medicamentos. Una delas medidas implantadas es la creación de guías de medicamentos en los que serecogen aquellos que son considerados más eficientes. Esta medida también afec-ta al ámbito hospitalario a través de las guías farmacoterapéuticas de los hospita-les, elaboradas por la comisión de farmacia de cada hospital y que recogen los me-dicamentos que pueden ser prescritos por el médico en el ámbito hospitalario. Porotro lado, algunas comunidades autónomas han creado sus propios formulariosque han de ser la referencia para todos los hospitales de cada comunidad autó-noma. Que un medicamento se encuentre fuera de estas guías y formularios su-pone una importante barrera para su prescripción.

Con la aportación o copago por parte de los pacientes, se obliga a los beneficia-rios a soportar una parte del coste de los medicamentos, con lo que se busca con-tener su consumo y conseguir una fuente adicional de financiación. El Gobierno de-termina los supuestos en que los medicamentos son gratuitos, así como la partici-pación en su precio de los beneficiarios, en función de la capacidad de pago, lautilidad terapéutica y social de los medicamentos, las necesidades de ciertos co-lectivos, la gravedad, duración y secuelas de las distintas patologías y los límites delas previsiones presupuestarias afectas a la prestación farmacéutica (art. 95, Leydel Medicamento). El copago impuesto a medicamentos biotecnológicos depende

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de la patología que traten dichos medicamentos, de acuerdo con los criterios an-teriormente mencionados.

Por último, para controlar la prescripción de determinadas especialidades farma-céuticas el gobierno impone el denominado visado de inspección. El médico queprescriba un medicamento sujeto a visado de inspección ha de justificar el porquéde dicha prescripción, debiendo aprobar su uso el servicio de inspección. Esta me-dida de imposición central, competencia del MSC, está siendo utilizada por las co-munidades autónomas con el ánimo de controlar su gasto farmacéutico. Una vezmás un medicamento biotecnológico puede verse afectado por esta medida nopor su condición biotecnológica, sino en base a las indicaciones del mismo.

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n Un medicamento puede verse afectado por medidas para la contención del gas-to farmacéutico; estas afectan principalmente a medicamentos prescritos en am-bulatorios.

n Para la financiación pública de un medicamento se tienen en cuenta, entre otrosfactores, la gravedad y duración de la patología, la utilidad terapéutica y socialdel medicamento, la limitación del gasto público y la existencia de otras alterna-tivas terapéuticas.

n Para la fijación del precio de las especialidades farmacéuticas en España se uti-lizan referencias externas (por ejemplo, precio de principio activo, precios com-parativos en el mercado nacional y exterior o precios de fármacos similares). Enel caso de medicamentos no reembolsables, el fabricante puede fijar librementeel precio.

n La Ley del Medicamento establece el precio de referencia (la cuantía máxima fi-nanciada) para conjuntos de especialidades que tengan el mismo principio activoy en los que exista, al menos, una especialidad genérica. Determinadas especiali-dades farmacéuticas están sujetas al visado de inspección, que debe autorizar suprescripción.

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3Potencial en salud humanan

Es del conocimiento general que el sector biotecnológico tiene unas perspectivasde crecimiento futuro muy optimistas, basadas en la transformación del conoci-miento científico y el desarrollo de tecnologías en productos y tratamientos tera-péuticos. Sin embargo, esta transformación no se realiza sola, teniendo que serlos emprendedores empresariales quienes, comprendiendo su base científico-tecnológica y conociendo adecuadamente el mercado, la lleven a cabo. Con el finde contribuir a este objetivo, en este capítulo 3 se ofrece una descripción divulga-tiva y con cierta profundidad de una gran parte del conocimiento científico gene-rado hasta hoy en esta área, y en el próximo capítulo 4 se resumen las tecnologí-as disponibles o actualmente en desarrollo con sus aplicaciones, que se susten-tan en dicho conocimiento.

Las células son los elementos básicos de todos los seres vivos; a pesar de la ex-traordinaria diversidad de tipos celulares, es sorprendente su notable similitud. To-das las células poseen el mismo diseño básico, están formadas por los mismoscomponentes y funcionan utilizando esencialmente los mismos procesos. El ADNes el material genético de casi todos los organismos vivos y, al contener la infor-mación para producir proteínas, dirige los procesos celulares determinando quéproteínas se producen y cuándo. Para poder coordinar el funcionamiento de un or-ganismo complejo, la expresión de los genes, su posterior transcripción y proce-samiento a ARN mensajero y, finalmente, la traducción de éste a una proteína tie-nen que estar regulados de manera muy precisa. El mejor conocimiento de estosmecanismos de regulación y de las reacciones bioquímicas subyacentes a los pro-cesos fisiológicos y patológicos, obtenido en gran parte gracias a la biotecnología,está contribuyendo a incrementar las posibilidades de intervención diagnóstica yterapéutica.

Todas las células utilizan el mismo lenguaje genético. Así, la información conteni-da en el ADN de una célula puede ser leída por otra célula de un ser vivo diferen-te. La similitud de la maquinaria de biosíntesis de diferentes tipos celulares pro-porciona una gran flexibilidad para utilizar la diversidad de la naturaleza. De estemodo, utilizando las técnicas de ingeniería genética, se puede disponer de molé-culas biológicas, tales como proteínas terapéuticas, anticuerpos monoclonales yvacunas (que se denominan recombinantes al producirse por la combinación defragmentos de ADN de diferente origen), en cantidades muy superiores a las ob-tenidas de fuentes naturales, con menores efectos secundarios y mejoradas pro-piedades fisicoquímicas y farmacológicas.

La biotecnología permite la utilización de una mayor diversidad de moléculas condiferentes aplicaciones en salud humana. Así, por ejemplo, la combinación de ge-nes o de fragmentos de ADN se puede utilizar como herramienta diagnóstica o co-mo vacuna, pero también para la producción de una proteína recombinante, o pa-ra modificar el programa genético de una célula, dotándola de nuevas propie-dades o restituyéndole una función ausente o deficiente. La tecnología de anti-

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cuerpos monoclonales permite disponer de herramientas muy específicas, con uti-lidad diagnóstica y terapéutica. Finalmente, las células, además de ser utilizadascomo biofactorías en la producción de fármacos recombinantes, constituyen unanueva alternativa terapéutica, tanto utilizándolas como efectoras del sistema inmu-ne, como explotando la pluripotencialidad de las células madre mediante la clona-ción terapéutica y la medicina regenerativa. En definitiva, hoy en día la biotecnolo-gía permite disponer de nuevas herramientas diagnósticas, preventivas y terapéu-ticas más precisas, más específicas, más diversas, más predecibles y con nuevosmecanismos de actuación.

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3.1. Los ácidos nucleicos como herramienta de diagnóstico

El riesgo de que un individuo desarrolle una enfermedad o responda a un determi-nado tratamiento depende, fundamentalmente, de factores genéticos. Actualmen-te hay unas mil enfermedades humanas hereditarias que se pueden diagnosticarutilizando tests genéticos. La mayoría de estos tests detectan la presencia de va-riantes en un único gen, que conducen a la ausencia o al funcionamiento anóma-lo de una proteína esencial. Un ejemplo muy conocido de un test de detección deuna enfermedad monogénica (es decir, causada por la alteración de un único gen)es el test de Guthrie, que se realiza en niños recién nacidos para detectar la enfer-medad llamada fenilcetonuria. La detección a tiempo de esta enfermedad permiteadministrar al recién nacido una dieta especial con antelación suficiente para evitarel desarrollo de un grave retraso mental. En otras enfermedades, como determi-nados tipos de cáncer, los tests genéticos permiten seleccionar la terapia adecua-da, tomar medidas preventivas y hacer un seguimiento profundo del paciente pa-ra detectar la aparición de la patología lo antes posible.

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El ADN (ácido desoxi-ribonucleico) es la molécula portadora de la información genéticanecesaria para producir un organismo. Se encuentra en el núcleo de la célula; una pe-queña parte está en las mitocondrias. Está formado por dos hebras enrolladas entre síque dan lugar a una doble hélice; cada hebra está formada por millones de subunida-des llamadas nucleótidos, que están compuestos por una base nitrogenada (purina opirimidina), un azúcar (desoxi-ribosa) y un grupo fosfato. Los nucleótidos se unen entresí a través del fosfato (enlace fosfodiéster). Hay cuatro nucleótidos diferentes: adenina(A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Las dos hebras del ADN están en direcciónopuesta; es lo que se llama una estructura antiparalela. Ambas hebras se mantienenestables y unidas gracias a unos enlaces débiles y reversibles denominados puentesde hidrógeno, que emparejan las bases nitrogenadas de una manera sistemática (Asiempre se une a T y G siempre a C), formando los llamados pares de bases.

La particular estructura del ADN le confiere una propiedad fundamental, su capaci-dad de autorreplicarse. Durante la replicación del ADN, que tiene lugar en el núcleo,cada hebra actúa como molde de una nueva hebra complementaria y antiparalela.En el proceso intervienen varias enzimas,15 como la ADN-polimerasa, la ADN-liga-sa y la helicasa.

Los nucleótidos forman un alfabeto de cuatro letras, de modo que combinados co-difican los veinte aminoácidos presentes en las proteínas. En el lenguaje del códi-go genético cada aminoácido está codificado por una secuencia de tres nucleóti-dos, lo que se denomina un codón. Un gen es un fragmento de ADN cuya se-cuencia de nucleótidos codifica una proteína en una de las hebras (la otra hebra, ocomplementaria, es no codificante). Además de estos genes codificantes, existenregiones del ADN que no son codificantes y tienen funciones reguladoras. Hayotras regiones cuya función se desconoce.

El ARN (ácido ribonucleico) es una molécula de una sola hebra. Está formado porlos nucleótidos A, G, C y U (uracilo, sustituto en esta molécula de la T en el ADN),cuyo azúcar es la ribosa. Los nucleótidos se unen entre sí a través del mismo tipode enlace (fosfodiéster) que el ADN, es decir, la estructura de su molécula es muy

15 Proteínas que catalizan las reacciones bioquímicas.

Las técnicas de identificación de ácidos nucleicos utilizadas en los tests genéticos sebasan en la propiedad que tienen estas moléculas de hibridar y formar dobles hélices,debido a la interacción complementaria entre las secuencias de nucleótidos. Median-te enlaces de hidrógeno entre adenina y timina o uracilo, por un lado, y guanina y ci-tosina, por otro, las cadenas de ácidos nucleicos se emparejan de forma estable, pe-ro reversible. En el laboratorio, con secuencias de unas pocas decenas de bases deun gen dado, es posible identificar su presencia con escaso margen de error. A modode ejemplo, la probabilidad de que dos secuencias cualesquiera de veinte nucleótidossean similares es de una vez por cada billón de bases, o sea, el equivalente a tres-cientos genomas humanos. Para detectar esa hibridación específica se usan molécu-las (las llamadas sondas de hibridación de ADN o de ARN) con algún tipo de marcaidentificable por métodos físicos o químicos. Tradicionalmente se han venido usandoelementos radiactivos cuya presencia se detecta mediante radiografías, pero actual-mente se utilizan moléculas fluorescentes que se acoplan a los ácidos nucleicos paraservir como sonda de detección más sencilla y con menor riesgo de uso. En cualquiercaso, la detección de radiactividad o fluorescencia indicará la existencia de hibridacióny, por tanto, la presencia de la secuencia específica que se está buscando.

Como el ADN de una célula contiene decenas de miles de genes, antes de empe-zar el proceso de búsqueda habitualmente se realiza una amplificación selectiva deaquellas regiones interesantes del genoma, de tal manera que, por un lado, se dis-minuye el número de secuencias diferentes y, por otro, se aumenta la concentra-ción de las seleccionadas. De esta forma, se hacen más fácilmente visibles aque-llas regiones que se quieren estudiar. Para la amplificación del ADN se utiliza la re-acción en cadena de la polimerasa (PCR: polymerase chain reaction). La PCRreproduce in vitro (es decir, en el laboratorio, no en el organismo vivo) la replicacióndel ADN, sólo en aquel o aquellos sitios que interesen, permitiendo obtener millo-nes de copias de un fragmento de ADN en muy pocas horas; se basa en sucesi-vos ciclos de amplificación del ADN llevados a cabo por una ADN polimerasa ter-morresistente, la Taq polimerasa (ver figura 6).

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similar. El ARN se sintetiza a partir de la secuencia de ADN mediante el proceso de-nominado transcripción (síntesis de una cadena de ARN complementaria a un ADNpatrón), que es llevado a cabo por la enzima ARN-polimerasa. Aunque la transcrip-ción tiene lugar en el núcleo, la mayor parte del ARN se encuentra en el citoplas-ma, donde realiza sus funciones.

Existen tres tipos de ARN: el ARN mensajero (ARNm) sirve de molde para la sínte-sis de proteínas y su presencia en una célula indica que el gen está activo; en el ARNribosomal es donde tiene lugar la síntesis de proteínas; el ARN de transferencia des-codifica el ARNm y transporta los aminoácidos durante la síntesis de proteínas.

En los últimos años se están describiendo nuevas funciones para el ARN. Así,por ejemplo, las ribozimas son ARN capaces de catalizar reacciones bioquími-cas; los ARN antisentido, resultado de la transcripción de la hebra no codifican-te de ADN, pueden usarse para bloquear la transcripción de genes; reciente-mente se han descubierto los ARN de interferencia, que son pequeños frag-mentos de ARN de doble cadena capaces de unirse al ARN antes de que setraduzca a proteína y, posiblemente, introducir otro nivel de regulación.

Gracias al conocimiento del genoma humano, un creciente número de tests gené-ticos está a disposición de los servicios clínicos. Por otra parte, la tecnología de lasmicromatrices —microarrays— (ver apartado 3.1.2), al permitir realizar miles deanálisis simultáneamente sobre una misma muestra, es esencial para convertir lainformación genética bruta en productos útiles. Así, las micromatrices de ADN yase están utilizando para detectar mutaciones en genes relacionados con enferme-dades o para diagnosticar enfermedades infecciosas y seleccionar el mejor trata-miento antibiótico.

3.1.1. TESTS GENÉTICOS

Mediante la utilización de los ensayos o tests genéticos, que constituyen la basetecnológica de lo que se denomina diagnóstico genético, se identifica a los indivi-duos portadores de alteraciones en el ADN que pueden dar lugar a enfermedades.Los distintos tipos de alteraciones en las células de un individuo, en su sentido másamplio, que se determinan y que permiten realizar un diagnóstico, se detallan en latabla 6.

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Figura 6.Reacción en cadenade la polimerasa(PCR)

ADN

Calor

1.er ciclo

2.o ciclo

3.er ciclo

Calor

Calor

C o n “ n ”ciclos, seobtienen2n copias

Cebadores o iniciadores

La PCR permite amplificar una secuencia de ADN de interés. Cada ciclo de PCR consta de tres eta-pas: la desnaturalización de la muestra de ADN para separar las dos hebras; la unión de dos oligonu-cleotidos cebadores, complementarios a los dos extremos de la secuencia de ADN que se vaya a am-plificar; y la copia de la secuencia de interés, a partir de los cebadores, por acción de una polimerasatermorresistente. La repetición de este ciclo produce un aumento exponencial del número de molécu-las de ADN sintetizadas, pudiendo obtenerse varios cientos de miles de copias.

Los tests genéticos permiten, también, la identificación de secuencias específicasde ADN de agentes patógenos (virus, bacterias, hongos) presentes en pacientes.

El análisis se realiza con el ADN de células del organismo que tengan núcleo, ob-tenidas, por ejemplo, de sangre, piel, cabello, semen, etc., o con ácidos nucleicoslibres presentes en fluidos corporales. Por tanto, los tests genéticos permiten con-firmar el diagnóstico de individuos afectados con algún padecimiento genético, de-tectar el riesgo de que sufran una patología los portadores sanos de una determi-nada alteración genética, o bien determinar la presencia de un agente infeccioso.

La biotecnología basada en el uso de técnicas de biología molecular ha ayudadode un modo sustancial al desarrollo de este tipo de tests genéticos. Si técnica-mente su utilización supone grandes ventajas, también es cierto que su introduc-ción en la rutina clínica todavía no es habitual, debido a causas o desventajas nosolamente técnicas. En la tabla 7 se resumen ambas.

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16 Se llama alelo a cada uno de los dos genes presentes en el mismo lugar de un par de cromosomashomólogos (heredados del padre y de la madre), que pueden presentar variantes.

Denominación Tipo de alteración y efecto

Mutación Cambio en la secuencia de ADN de un genrespecto a una secuencia parental o de refe-rencia, que puede modificar su funcionalidad.

Polimorfismo Región del ADN que puede presentar variasformas alélicas.16

SNP (Single Nucleotide Polymorphism) Variación de un solo nucleótido en una se-cuencia.

Inestabilidad de microsatélites Variaciones en secuencias de nucleótidos re-petidas (microsatélites) a lo largo de una re-gión del ADN.

Pérdida alélica o pérdida de heterozigosidad Desaparición de uno de los dos alelos o va-riantes de un mismo gen, cada uno hereda-do de cada progenitor.

Amplificación de un gen Aparición de copias adicionales de un gen,que puede derivar en su sobreexpresión.

Aumento o disminución en la expresión Alteración de los niveles de transcripción de de genes un gen por desregulación del mismo.

Aberraciones cromosómicas Aparición de genes híbridos (quiméricos) trasrupturas y fusiones de cromosomas.

Tabla 6.Tipos de

alteraciones del ADNque permiten realizar

un test genético

La introducción de los tests genéticos en la rutina clínica debe vencer las desventa-jas de su mayor complejidad técnica y la necesidad de desarrollar su automatizaciónen centros con un elevado número de pacientes. Los ensayos clásicos que se ba-san habitualmente en técnicas inmunológicas, como el enzimoinmunoensayo (ELISA)y la inmunohistoquímica (en este último caso complementado con las tinciones his-toquímicas basadas en la experiencia clínica), son los que se aplican actualmente.Sin embargo, las ventajas enumeradas de los tests genéticos se traducen en mejorcapacidad de diagnóstico (sobre todo en lo que se refiere a la detección precoz depatologías), pronóstico (es decir, la predicción de la evolución de la enfermedad), de-tección de enfermedad mínima residual (es decir, la posibilidad de evaluar, tras unaterapia, la permanencia de elementos que pueden desencadenar una recaída de laenfermedad, como pueden ser, por ejemplo, células tumorales tras quimioterapia) ypredicción de respuesta y de toxicidad a fármacos (mediante aplicación de técnicasde farmacogenética por las cuales se determinan genes cuya expresión puede pre-decir la eficacia de un tratamiento o la aparición de efectos secundarios).

Actualmente sólo con el resultado obtenido mediante un test genético no se pue-de emitir un diagnóstico la mayor parte de las veces, debiendo ser contrastadomediante análisis clásicos; por ello, los tests genéticos son técnicas indicativas quedeben ir asociadas a otras pruebas complementarias de diagnóstico. Otro proble-ma que se ha de tener en cuenta está originado por la propia información obteni-da con el test, ya que en muchas ocasiones la confirmación de una alteración ge-nética no está acompañada de una terapia eficaz, como sucede en la enfermedadde Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas, en determinados tipos decáncer, como el de páncreas, y en un buen número de enfermedades típicamentehereditarias que tienen su origen en alteraciones cromosómicas.

En gran medida, los tests genéticos se pueden realizar gracias a la técnica de la re-acción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite obtener suficiente número demoléculas de ADN o ARN sobre las que aplicar alguna técnica de identificación. A pe-sar de la amplia gama de ensayos basados en el análisis de ácidos nucleicos, sólounos pocos han sido introducidos en la clínica de un modo rutinario. Ejemplos son lostests que determinan la carga viral de VIH (virus de inmunodeficiencia humana), el aná-

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Ventajas Desventajas

Cantidad mínima de muestra Requiere conocimientos especializados y, porello, formación más intensiva.

Elevada especificidad analítica Técnicas complejas todavía de difícil inclusiónen la rutina actual.

Elevada sensibilidad analítica al poder Verificación de la reproducibilidad y fiabilidadobtenerse mayor cantidad del ADN o ARN de las técnicas.de interés mediante PCR

Parcialmente automatizable Verificación de la utilidad de las dianas.

Rapidez relativa frente a métodos clásicos Equipamiento más sofisticado.

En ocasiones es la única técnica de Necesidad de áreas físicamente separadasdetección posible de extracción del ADN y de su procesamiento.

Tabla 7.Ventajas ydesventajas de lostests genéticos

lisis de la presencia del virus de la hepatitis en sus distintas formas, la identificación deChlamydia y el estudio del perfil de mutaciones en la fibrosis quística. Hay otros testsque, aunque muy importantes, son menos utilizados; éstos son los sistemas de aná-lisis de las mutaciones del Factor V Leyden, que pueden ocasionar trastornos en la coagulación, la caracterización genética de leucemias y linfomas, y los ensayos parala detección de mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2 asociados con el cáncerde mama. Además, existen tests para la determinación de mutaciones en cáncer co-lorrectal y para la detección del papilomavirus humano, cuya infección puede originarcáncer de cuello uterino. Esta lista es actualmente muy corta para el potencial que seprevé a partir de los hallazgos que se están realizando al observar correlaciones entrecambios a nivel molecular y desarrollo de una enfermedad. Es a partir de la secuen-ciación del genoma humano cuando se ha dado un impulso decisivo en la investiga-ción con el objetivo de encontrar tests diagnósticos específicos y sensibles.La necesidad clínica, tan poco cubierta debido a su enorme amplitud, se traduce

en una demanda de nuevas tecnologías moleculares que crece a una velocidadvertiginosa. Así, en menos de una década, el mercado clínico para productos dediagnóstico molecular ha aumentado desde los cerca de cuarenta millones de eu-ros hasta más de setecientos cincuenta millones. Se prevé que las ventas superenlos dos mil trescientos millones de euros en 2008, con un índice de crecimiento demás del 25% anual, el mayor dentro de la industria biomédica. Considerando se-

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17 Realizada en su medio natural, por ejemplo, en un corte de un tejido u órgano.18 Técnica que permite visualizar simultáneamente los 23 pares de cromosomas, cada uno en un colordiferente.

Desde el punto de vista de tecnologías que se aplican, pueden distinguirse cuatrotipos de análisis de diagnóstico genético:

n Detección de secuencias específicas: Técnicamente es el método de mayorsencillez, ya que trata de identificar una secuencia específica que permita discri-minar frente a otras secuencias posibles. Se emplea en cualquier kit de detec-ción microbiológica mediante la utilización de las sondas apropiadas.

n Detección de mutaciones simples y SNP: Se basa en la comparación de secuen-cias o en la identificación de un lugar de no hibridación con la sonda debido a lapresencia de la mutación. Este tipo de técnicas se ofrece habitualmente comoservicio puntual de laboratorios hospitalarios. Si la mutación en cuestión permiteel diseño de sondas específicas con buena discriminación, como es el caso de lasmutaciones en el gen de K-Ras (un oncogén implicado en el desarrollo de diver-sos tipos de tumores), se pueden encontrar kits de diagnóstico comerciales.

n Tests citogenéticos: Están diseñados para detectar aberraciones y reordenamientoscromosómicos en las células. A las técnicas clásicas de estudio de la morfología delos cromosomas mediante tinción, se han añadido en los últimos tiempos sistemasde análisis molecular, tales como FISH (hibridación in situ,17 fluorescent in situ hybri-dization) o SKY 18 (cariotipado espectral, spectral karyotyping), que mediante fluo-rescencia permiten visualizar zonas de expresión génica en los cromosomas.

n Análisis epigenéticos: Se basan en la detección de alteraciones que modifican latranscripción o expresión de los genes dando lugar a una situación patológica.Empiezan a aparecer en el mercado kits que permiten analizar tales alteracionesepigenéticas, como es el caso de la detección de la alteración de la expresióndel gen APC, implicado en el desarrollo de cáncer colorrectal.

lectivamente la explotación comercial del diagnóstico molecular en determinadasenfermedades como el cáncer de colon, mama y melanoma, el mercado podría al-canzar un valor estimado en España de nueve millones de euros. Las compañíasdel sector farmacéutico consideran que este mercado es tan rentable que mues-tran cada vez más interés en desarrollar nuevos ensayos moleculares no sólo pa-ra el diagnóstico, sino también para ayudar en la aplicación del tratamiento, en loque se ha denominado la terapia personalizada basada en la farmacogenómica(ver apartado 4.4). Este segmento está dominado por unas pocas grandes empre-sas especializadas, pero con un número suficiente de empresas biotecnológicaspequeñas que dinamizan el sector mediante acuerdos de licencia con las grandescompañías para su colaboración en el desarrollo tecnológico, producción y co-mercialización, aprovechando sus elevados recursos.

En la actualidad, los hospitales que disponen de la infraestructura de laboratorio

adecuada y de la experiencia y especialización del personal necesarias, están uti-lizando determinados análisis realizados mediante kits comerciales basados entécnicas de biología molecular. En la tabla 8, que no es exhaustiva, se resumen los

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1. Detección de genomas viralesVirus del SIDA (VIH)Virus de la hepatitis C (VHC)Virus de la hepatitis BHerpesvirus 1 y 2Virus de Epstein-BarrEnterovirusVirus de la varicela zóster (Herpes zoster)Parvovirus

2. Detección de bacteriasMycobacterium (tuberculosis, meningitis)Legionella (neumonía)Enterococos (infecciones intestinales y urinarias)Escherichia coli (infección intestinal)Chlamydia trachomatis (tracoma)Neisseria gonorrea (gonorrea)

3. Genotipado de microorganismosMycobacteriumVirus del papiloma humano (VPH)Virus de la hepatitis C (VHC)

4. Marcadores tumoralesMutaciones de k-ras (cáncer de colon y páncreas)Mutaciones de genes BRCA1 y BRCA2 (cáncer de mama)MLH1, MSH2 (síndrome de Lynch o cáncer colorrectal hereditario no polipósico)

5. Enfermedades monogénicasFibrosis quísticaHemocromatosis hereditariaTrombosis (Factor V de Leyden y protrombina)Distrofia muscular miotónicaDistrofia muscular de Duchenne

6. Enfermedades de aparición en adultos Hipercolesterolemia familiar

7. Diagnóstico prenatal

Tabla 8.Principales testsgenéticoscomercialesutilizados en clínica

análisis que los centros sanitarios realizan con más asiduidad, y que abarcan des-de la simple detección de la presencia de un microorganismo hasta la identificaciónde mutaciones en un gen determinado.

En España los análisis más empleados, y en consecuencia los de mayor comer-cialización, son los que identifican el virus de la hepatitis C, el virus del SIDA y el vi-rus del papiloma humano.

Además de los kits indicados en la tabla 8, determinados laboratorios especializa-dos han desarrollado tests no comercializados que proporcionan análisis, muchasveces pioneros, a los cuáles los pacientes no podrían acceder de otra manera. Es-tos tests genéticos abarcan, entre otros, enfermedades hematológicas, del meta-bolismo, asociadas a la fertilidad, neurológicas y oncológicas, así como tests parala detección de un elevado número de microorganismos patógenos. En la tabla 9se muestra una selección de estos tests existentes basados en el ADN.

La introducción de los tests genéticos en la rutina clínica se ve muchas veces im-pedida por la existencia de técnicas más sencillas, aunque en muchas ocasionesmenos sensibles, que se encuentran implantadas ya desde hace tiempo, comopueden ser las técnicas serológicas, las cuales son más competitivas por su pre-cio. En la mayoría de las ocasiones la utilización de los tests basados en PCR sepercibe como dificultosa y necesitada de una experiencia previa. Las empresas es-pecializadas están trabajando en la simplificación de los protocolos mediante suautomatización o, alternativamente, mejorando la sensibilidad de los métodos deidentificación utilizando, por ejemplo, biosensores o nanopartículas magnéticas.Las ventajas de la automatización son evidentes, pues aun cuando el coste de unequipo de alta tecnología puede ser más elevado que un equipo de PCR, el granahorro de tiempo hace que este tipo de técnicas sea especialmente útil para labo-ratorios que manejan un elevado número de muestras. Por otra parte, la utilizaciónde los tests genéticos se ve impedida en algunas ocasiones porque o bien no sehan hallado dianas suficientemente específicas o bien las dianas no se han valida-do suficientemente en la clínica.

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Patología analizada

Deficiencia de α-1-antitripsina Hemofilias A y B

Esclerosis lateral amiotrófica Enfermedad de Huntington

Enfermedad de Alzheimer Distrofia miotónica

Ataxia telangectasia Neurofibromatosis tipo 1

Enfermedad de Gaucher Fenilcetonuria

Enfermedad de Charcot Nefropatía poliquística del adulto

Hiperplasia congénita adrenal Síndromes de Prader Willi y Angelman

Distonía Anemia falciforme

Anemia de Fanconi Ataxia espinocerebelosa del tipo 1

Talasemia Atrofia muscular espinal

Tabla 9.Principales tests

genéticos nocomerciales

utilizados en clínica

3.1.2. MICROMATRICES (MICROARRAYS)

Se puede definir una micromatriz como un dispositivo sobre cuya superficie se dis-ponen, de forma ordenada y precisa, un gran número de entidades diversas (pép-tidos, oligonucleótidos, moléculas biológicas, células, tejidos, etc.) para ser evalua-das simultáneamente en un único ensayo. Las micromatrices suelen tener una su-perficie inferior a 20 cm2 y contienen más de 10.000 entidades por cm2, cuyotamaño se encuentra en la escala micrométrica. Si las entidades presentes en lamicromatriz son moléculas biológicas, células o tejidos, se habla de biochips, aun-que el término general de micromatriz es el más usado en biología.

Micromatrices de ADN

Las micromatrices, íntimamente ligadas a la aparición de la genómica, se empie-zan a utilizar en el ámbito de la biología molecular cuando aparece la posibilidad decaracterizar un número elevado de moléculas de ADN o ARN. Desde la década delos años ochenta, se ha venido analizando la estructura de los genes y su expre-sión de manera individualizada. Sin embargo, el estudio de los sistemas biológicosen la escala genómica ha llegado de la mano de dos logros. En primer lugar, la se-cuenciación de genomas completos, como el de la especie humana. En segundolugar, la miniaturización, que ha permitido situar en los escasos centímetros cua-drados de un portaobjetos de microscopio, en posiciones concretas y definidas,cientos de miles de fragmentos de ADN con una secuencia determinada (oligonu-cleótidos), para así obtener las llamadas micromatrices de ADN. Las primeras mi-cromatrices desarrolladas contenían miles de fragmentos de ADN obtenidos a par-tir de genotecas19 (bibliotecas de genes). Los distintos fragmentos se amplificabanmediante PCR y, empleando sistemas robotizados, se depositaban sobre superfi-

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19 Colección que contiene todo el genoma de un organismo de interés, en forma de fragmentosaleatorios, introducidos con un vector adecuado en diferentes clones de un microorganismohospedador.

n La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) permite aumentar exponencial-mente el número de moléculas de una secuencia específica de ADN o ARN, quepuede ser identificada gracias a la propiedad de las moléculas de ADN o ARNde hibridar con secuencias complementarias. Esta es la base de los tests gené-ticos.

n Los tests genéticos permiten identificar individuos portadores de alteraciones enel ADN, que pueden dar lugar a enfermedades o constituir un marcador tumo-ral, facilitando un mejor diagnóstico, pronóstico y/o la predicción de respuesta afármacos. También permiten detectar secuencias específicas de ADN de agen-tes patógenos (bacterias, virus, hongos).

n La demanda clínica creciente hace que el mercado de los productos de diag-nóstico molecular sea el que experimenta un mayor crecimiento dentro de la in-dustria biomédica.

cies de cristal tratadas para permitir la adsorción del ADN, proceso denominadoimpresión de la micromatriz. En muchos centros públicos de investigación de todoel mundo se han creado unidades de servicio centradas en la impresión y proce-samiento de micromatrices de ADN; sin embargo, su uso es cada vez menor de-bido a problemas asociados con el mantenimiento y la amplificación de las geno-tecas, y otros problemas derivados de la calidad y la sensibilidad del método. Es-tas razones están impulsando un cambio hacia el uso de oligonucleótidossintéticos, que carecen de esas deficiencias. Para los organismos más comunesen investigación, entre ellos el hombre y el ratón, varias compañías distribuyen co-lecciones de oligonucleótidos que cubren en la práctica todos los genes expresa-dos, siendo las principales Operon, MWG, Illumina y Sigma.

El estudio de la expresión diferencial de genes es el campo donde el uso de mi-cromatrices está más extendido, siendo las micromatrices impresas por compa-ñías las que se están imponiendo, dada la reducción de costes y las garantías enreproducibilidad y consistencia que ofrecen. Se basa en el empleo de nucleótidoscon diferentes moléculas fluorescentes acopladas, lo que hace posible el análisissimultáneo de dos muestras en un único biochip, como, por ejemplo, los ARN deun tejido tumoral y de un tejido normal adyacente. Los ADN marcados diferencial-mente hibridarán con las secuencias complementarias presentes en la micromatriz,y la emisión e intensidad de las correspondientes fluorescencias (por ejemplo, ver-de y roja) permitirán identificar los genes que en cada tejido se están expresando,y sus niveles de expresión.

Las denominadas micromatrices de genoma completo (el conjunto de todos losgenes de un individuo), que realmente deberían llamarse de transcriptoma com-pleto (el conjunto de genes transcritos a ARNm), son sistemas que permiten ana-lizar los 30.000 genes estimados para los mamíferos y algunos de sus ARNm al-ternativos; destacan en el mercado los distribuidos por las compañías Affymetrix,Agilent, Amersham, Illumina y Applied Biosystems. Todos ellos permiten analizarentre 44.000 y 50.000 genes transcritos (un mismo gen puede codificar varias pro-teínas distintas por procesamiento alternativo del ARNm; algunas prediccionesconsideran que los 30.000 genes humanos pueden originar hasta 100.000 genestranscritos).

Las micromatrices de genoma completo tienen un uso preferencial en investigaciónen salud humana, tanto básica como aplicada, permitiendo la identificación denuevos genes relevantes en la génesis y desarrollo de enfermedades, que puedenrepresentar nuevas dianas terapéuticas y la caracterización de patrones de expre-sión génica con carácter diagnóstico o pronóstico. En el primer caso, se asumeque los genes que se activen o repriman diferencialmente entre los tejidos sanos ylos patológicos deben cumplir algún papel en tal enfermedad y, por tanto, las es-trategias dirigidas a restablecer los niveles normales de expresión, o que afectenen uno u otro sentido a la actividad de los productos génicos, pueden derivar enfuturos tratamientos farmacológicos.

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El segundo objetivo es de una aplicación más inmediata; parte de un supuesto re-lacionado como es que el tipo de genes expresados en los tejidos patológicos, yel nivel al que lo hacen, determinan cuál va a ser la evolución futura de la enfer-medad. El cáncer constituye un magnífico ejemplo de esta situación; es un hechoque pacientes con tumores fenotípicamente indistinguibles (según criterios anató-micos, morfológicos, histológicos y de marcadores moleculares) evolucionan demanera totalmente distinta, de forma que unos permanecen libres de enfermedadmuchos años después de la estirpación del tumor, mientras que otros recaen al-gún tiempo después. El análisis con micromatrices permite diferenciar con sufi-ciente antelación y precisión estos pacientes, habiéndose podido identificar perfi-les de expresión con capacidad pronóstica en los casos de cáncer de mama, decolon y algunas leucemias, algunos de los cuales ya están siendo utilizados co-mercialmente (ver apartado 4.4). En pocos años se espera que aparezcan pruebassimilares para otros tumores de gran incidencia en la población y también paraotros tipos de enfermedades, como las inflamatorias. Estos análisis, que son losque han de llegar a la fase clínica, requieren el estudio de la expresión de algunaspocas decenas de genes, con lo que la sofisticación de los equipos debe ser me-nor que la de las micromatrices de genoma completo, ya descritas. Esto hace quese abra un campo amplio para las micromatrices específicas de enfermedad, condispositivos más sencillos y versátiles. Así sucede con los biochips «a la carta» queofrecen muchas de las compañías antes citadas o, específicamente, con los de-sarrollados por Nanogen en los que se pueden analizar desde 100 hasta 400 ge-nes. A este nivel aparecen otras posibilidades como son las micromatrices de ba-ja densidad, basadas en sistemas de PCR en tiempo real, desarrollados por Ap-plied Biosystems, que ofrecen datos cuantitativos de expresión génica en unaspocas horas. No es descartable que surjan en un futuro sistemas radicalmente dis-tintos que cuantifiquen la hibridación de ácidos nucleicos utilizando otros principiosfísicos; así, ya hay en fase de experimentación dispositivos basados en reaccioneselectroquímicas, piezoelectricidad, desplazamiento y resonancia de micropalancas(cantilevers) y resonancia de plasmón de superficie, entre otros (ver apartado 4.7).

Además del análisis de la expresión génica en células, tejidos y órganos concre-tos, las micromatrices de ácidos nucleicos también pueden ser usadas para de-terminar qué variantes de determinados genes (alelos) son las que están presen-tes en cada individuo, como, por ejemplo, los alelos que difieren en un solo nu-cleótido de su secuencia (polimorfismos de un único nucleótido, SNP), queconstituyen la mayor fuente de variación entre genomas. La gran diferencia conlas micromatrices anteriores de expresión génica es la dimensión de las secuen-cias objeto de análisis. Esto se debe a que tan sólo un pequeño porcentaje delgenoma humano se traduce en información proteica, de modo que, mientraspueden existir como mucho unos cien mil genes transcritos distintos, para poderanalizar de forma exhaustiva las variaciones del genoma humano deberían ras-trearse tres mil millones de nucleótidos, o alternativamente dedicarse a los seis-ocho millones de SNP descritos. Sin embargo, muchos estudios genéticos diri-gidos a localizar genes implicados en determinadas enfermedades pueden ha-

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cerse con una fracción de esa información genética. Esto es así porque, aunquemuchos de esos SNP no afecten a genes, dada la estructura del genoma hay unagran probabilidad de que estén ligados a otros genes que sí sean causa de cam-bios fenotípicos, es decir, observables. Por ello, micromatrices como las diseña-das por Affymetrix, que actualmente caracterizan cien mil SNP, serán de gran uti-lidad en los próximos años para la identificación de variantes de genes o gruposde genes que confieran cierta susceptibilidad a enfermedades dadas. A medidaque la información sobre SNP asociados a enfermedades vaya creciendo, podrádeterminarse cuáles son realmente informativos y cuáles no, con lo que, comoen el caso de las micromatrices de expresión, los chips genéticos se reducirán alanálisis de unas centenas de SNP muy relevantes.

Otra dirección que puede tomar el análisis genético es diametralmente opuesta,puesto que, en vez de un estudio reducido del genoma, persigue la secuenciacióncompleta del genoma de los individuos en tiempo y precios muy inferiores a los ac-tuales, algo en lo que varias compañías están trabajando activamente. Mientras tan-to, ya están apareciendo chips dedicados a procesos particulares y, aparte de losusados para caracterizar los diferentes genes de los citocromos P450, de gran inte-rés en farmacogenómica (apartado 4.4), merece resaltarse el desarrollado por la far-macéutica española Lácer, en colaboración con la empresa de biotecnología Proge-nika Biopharma, S.A. y la Universidad de Zaragoza, denominado Lipochip, dirigido aldiagnóstico genético de la hipercolesterolemia familiar. Otro de los ámbitos donde lasmicromatrices genéticas van a experimentar un gran crecimiento es en la caracteri-zación de agentes infecciosos, sean bacterianos o víricos; así, la empresa españolaGENOMICA, en colaboración con la empresa alemana Clondiag-CCT, ha lanzado almercado un chip de baja densidad (únicamente 120 puntos) con el número suficien-te de sondas específicas de ADN para la detección de 35 genotipos distintos del vi-rus de papiloma humano. Este kit, denominado Clinical Arrays® Papilomavirus Hu-mano, permite evaluar el riesgo a desarrollar cáncer de cuello uterino. Este sistemasimplificado de matrices (arrays) ha abierto las puertas para su uso rutinario en clíni-ca como apoyo al diagnóstico diferencial (el proceso clínico que pone en considera-ción todas las posibles causas de una patología antes del diagnóstico definitivo).

Micromatrices de proteínas

Como ya se ha mencionado, existen micromatrices que utilizan «sensores» o enti-dades diferentes al ADN. En el caso de las micromatrices de proteínas (ver aparta-do 4.5), el análisis es mucho más complicado por la falta de herramientas con su-ficiente especificidad para identificar proteínas en mezclas complejas. No existe enotras moléculas nada comparable a la especificidad ofrecida por la complementa-riedad de bases de los ácidos nucleicos, siendo los anticuerpos monoclonales lomás aproximado en las proteínas; el problema es que éstos deben ser generadosuno a uno sin garantía de que, una vez obtenidos, vayan a satisfacer la necesidadde especificidad requerida en el ensayo, ya sea por una baja afinidad por su epíto-

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po (sitio de unión del anticuerpo) específico o por la existencia de reacciones cru-zadas con otras proteínas. Otros problemas técnicos tienen que ver con la uniónde las proteínas a la superficie del soporte, lo que puede alterar sus propiedades ysu reactividad. Por último, aunque se ha generado una importante colección de an-ticuerpos monoclonales, ésta dista de cubrir todo el conjunto de proteínas expre-sadas en el organismo humano (proteoma). A pesar de estas limitaciones, la utili-zación de las micromatrices de proteínas es potencialmente interesante porque nosiempre existe una relación directa entre el nivel de expresión de un gen y la pro-teína correspondiente, siendo realmente las proteínas las responsables funcionalesen los sistemas biológicos y no los ácidos nucleicos. Para uso en investigaciónexisten varias micromatrices de anticuerpos en el mercado, como son las de Che-micon y Raybiotech, que contienen hasta ciento veinte anticuerpos específicoscontra citoquinas, o las de BdBiosciences, que inmovilizan unos cuatrocientos an-ticuerpos contra proteínas intra y extracelulares. A medida que las técnicas prote-ómicas permitan la caracterización de nuevos marcadores proteicos con capaci-dad diagnóstica, su uso en la clínica puede ser masivo, sustituyendo a las técnicasinmunológicas actuales, como el ELISA y el Western Blot, o a los kits colorimétri-cos, dada su capacidad para analizar un mayor número de moléculas por ensayo.Otros posibles avances vendrán de la mano de los llamados aptámeros, molécu-las de diversa naturaleza química capaces de reconocer específicamente las pro-teínas, que pueden ser generados a partir de ácidos nucleicos, mediante químicacombinatoria o por diseño bioinformático.

Micromatrices de células y de tejidos

Las micromatrices de tejidos son muy interesantes para la validación de nuevasdianas moleculares; un ejemplo es el de las micromatrices de tumores. En muchoshospitales y centros de investigación existen colecciones de tumores en diversosestadios y con diferentes grados de malignidad, siendo de gran interés poder eva-luar en todos ellos la presencia de algún marcador particular. Se han desarrolladoequipos semiautomáticos, o totalmente robotizados, que pueden extraer porcionesmicrométricas o milimétricas de cada uno de ellos y depositarlos ordenadamenteen los clásicos portaobjetos de vidrio (7,6 x 2,5 cm), generando micromatrices devarios cientos de tumores, que pueden ser analizados con una sonda específica(un oligonucleótido o un anticuerpo). También se han desarrollado micromatricesconteniendo muestras de tejido de cerebro sobre vidrios con electrodos para me-dir la actividad eléctrica de células nerviosas expuestas a fármacos. Varias compa-ñías distribuyen micromatrices ya prefabricadas donde se pueden estudiar diver-sos tipos de tejidos y tumores. En cuanto a las micromatrices de células, están to-davía en desarrollo, pero con ellas se abre la posibilidad de analizar, por ejemplo,los efectos de cientos o miles de ARN de interferencia (ARNi) (ver apartado 3.4.1)sobre tipos celulares concretos y diversos, una herramienta con gran potencial pa-ra la identificación de nuevas dianas terapéuticas.

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n Las micromatrices contienen de manera ordenada y precisa un gran número deentidades diversas (oligonucleótidos, péptidos, moléculas biológicas, células, te-jidos...), lo que permite su análisis simultáneo.

n Las micromatrices de ADN se utilizan principalmente en estudios de expresióndiferencial de genes (por ejemplo, la comparación de los genes que expresa untejido tumoral con respecto a uno sano); de este modo, se pueden obtener per-files de expresión con capacidad pronóstica.

n Existen micromatrices de genoma completo que permiten analizar el conjunto detodos los genes transcritos a ARNm de un individuo; con ellos se pueden iden-tificar nuevos genes implicados en la génesis y el desarrollo de enfermedades.

n Se han diseñado micromatrices de ADN para caracterizar variaciones de un úni-co nucleótido en determinados genes (single nucleotide polymorphisms, SNP),que pueden servir para identificar variantes de genes o grupos de genes queconfieren susceptibilidad a determinadas enfermedades.

n El análisis de micromatrices de proteínas se realiza con anticuerpos monoclona-les; su interacción no es tan específica como la existente entre secuencias com-plementarias de ácidos nucleicos. Son interesantes ya que no siempre existe unarelación directa entre el nivel de expresión de un gen y la proteína correspondien-te, siendo las proteínas las responsables funcionales en los sistemas biológicos.

n Las micromatrices específicas de enfermedad, que analizan unos cientos de ge-nes con valor pronóstico en el desarrollo de determinadas enfermedades, y lasmicromatrices para la caracterización de agentes infecciosos, son áreas de grandesarrollo. También se está trabajando en desarrollar sistemas de análisis paraobtener la secuencia genómica completa de individuos con rapidez y bajo coste.

3.2. La célula como herramientapara producir fármacos

Dado que el código genético es el mismo en todos los organismos, es posible ais-lar un fragmento de ADN (por ejemplo, humano) e insertarlo en un pequeño ADNcircular (plásmido) para dar lugar a un plásmido recombinante; posteriormente, elplásmido recombinante se puede introducir en una bacteria, levadura, o célula ani-mal o vegetal, para que sea leído por la maquinaria de síntesis de proteínas de lacélula; finalmente, la célula así transformada se multiplica en un sistema de cultivoa gran escala, purificándose del medio extracelular o intracelular la proteína huma-na recombinante producida. Esto es lo que se conoce como ingeniería genética.

El sistema de producción de proteínas recombinantes más utilizado es la bacteria Es-cherichia coli. Al ser un organismo muy simple, es fácil de manipular y de cultivar sin lanecesidad de nutrientes complejos. Sin embargo, tiene la desventaja de que carece dela capacidad de realizar modificaciones postraduccionales, es decir, adición de gruposquímicos o moléculas (azúcares, lípidos, etc.), después de que la proteína sea sinteti-zada, que son esenciales para su funcionalidad. Por este motivo, a menudo se utilizanlevaduras y cultivos de células animales para producir proteínas recombinantes.

La levadura más utilizada es Saccharomyces cerevisiae. Actualmente se está utili-zando mucho Pichia pastoris, ya que tiene la ventaja de crecer a densidades muy al-tas, facilitando la producción de cantidades mayores de la proteína en cuestión. A di-ferencia de las bacterias, las levaduras pueden llevar a cabo muchos tipos de modi-ficación postraduccional. Aproximadamente la mitad de la insulina recombinante seproduce en E. coli y el resto en levadura. Sin embargo, estas modificaciones son di-ferentes a las que ocurren en las células de mamífero, lo que podría dar lugar a quelas proteínas producidas en levaduras tengan problemas de inmunogenicidad.

Los cultivos de células de mamífero (sobre todo la línea celular CHO, de ovario dehámster chino) se han utilizado para producir varias proteínas terapéuticas impor-

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Las proteínas están constituidas por aminoácidos. Existen veinte aminoácidos na-turales diferentes, que se caracterizan por tener un esqueleto de átomos de car-bono, con un grupo amino (básico) y un grupo carboxilo (ácido) unidos al mismoátomo de carbono. Los aminoácidos se unen entre sí a través de enlaces, deno-minados peptídicos, entre los grupos amino y carboxilo. Como se ha indicado an-tes, la síntesis de proteínas se denomina traducción y tiene lugar mayoritariamenteen los ribosomas del citoplasma.

Una vez producida la proteína en el citoplasma, ésta puede ser funcional inmedia-tamente o requerir de alguna modificación química para adquirir su función. Estasmodificaciones se llaman postraduccionales.

Las proteínas controlan muchos procesos químicos en la célula, tales como la pro-ducción de energía, el transporte intracelular y extracelular, el mantenimiento de lasfunciones celulares, el mantenimiento de la estructura intracelular (citoesqueleto) yextracelular, la síntesis de enzimas, hormonas, anticuerpos, etc.

tantes, como los factores VII y VIII de la coagulación, la eritropoietina, la hormonade crecimiento o la hormona estimulante del folículo (FSH). Desgraciadamente, es-tos cultivos son difíciles de mantener, requieren nutrientes caros y tienen un menorrendimiento en la producción de la proteína.

Actualmente, se está desarrollando la utilización de plantas y animales transgéni-cos como «biorreactores», es decir, como fábricas productoras de proteínas. Laprimera proteína sintetizada por un animal transgénico fue la β-lactoglobulina en le-che de vaca, en 1987. Desde entonces se han producido más de cien proteínas(ver apartado 4.2.1), algunas de ellas ya ensayadas en humanos. Actualmente hayalgunas ya comercializadas, como la antitrombina III humana producida en la lechede cabras transgénicas.

3.2.1. PROTEÍNAS TERAPÉUTICASRECOMBINANTESExisten muchas enfermedades causadas por la ausencia o el mal funcionamientode una proteína como, por ejemplo, la talasemia, la diabetes o la hemofilia. La bio-tecnología, al posibilitar la síntesis de estas proteínas a partir de sus genes clona-dos, ofrece la oportunidad de utilizar las propias moléculas del organismo comofármacos. La utilización de la tecnología de ADN recombinante, además de pro-porcionar las cantidades necesarias de una proteína, reduce la posibilidad de de-sarrollar efectos secundarios debidos a impurezas presentes en las proteínas ob-tenidas a partir de fuentes naturales (virus de la hepatitis B o C, VIH, CMV, prionescausantes de la enfermedad de las vacas locas, etc.).

Después de más de dos décadas de expansión, el sector de las proteínas tera-péuticas recombinantes representa el núcleo de la industria biotecnológica aplica-da a la salud humana. Su aplicación en clínica comenzó en los años ochenta conproteínas que no se lograban producir con las tecnologías disponibles en la épo-ca. Muchas veces se trataba de proteínas para las que no se conocía una aplica-ción terapéutica («proteínas en busca de una enfermedad»), aunque en otros ca-sos se trataba de la versión recombinante de una proteína, ya aprobada, con unvalor comercial obvio. Las primeras proteínas recombinantes fueron los interfero-nes α, β y γ, las interleuquinas-1 (IL-1), IL-2 e IL-4, la hormona de crecimiento y lainsulina. Las principales áreas terapéuticas de aplicación de las proteínas recombi-nantes producidas en aquella época eran, por orden decreciente de importancia:enfermedad cardiovascular-hemostasis, oncología, diabetes-endocrinología, anti-infecciosos, artritis, inflamación y enfermedades autoinmunes.

74

Se denominan biofármacos a las sustancias biológicas, o derivados de éstas, queson iguales o muy similares a sus homólogos naturales, pero que han sido obteni-das mediante procedimientos biotecnológicos (producción en bacterias, levaduras,células vegetales o animales, o plantas o animales transgénicos), en lugar de habersido aisladas de materiales biológicos o creadas mediante síntesis orgánica.

En los años noventa el número de proteínas recombinantes en ensayos clínicos aumentó en más de un 30% con respecto a la década anterior. Surgieron nuevasáreas de aplicación, como la neurofarmacología, o las enfermedades del sistemarespiratorio, hueso y cartílago. Actualmente, las principales áreas terapéuticas don-de se emplean las proteínas recombinantes son hematología, diabetes-endocrino-logía, sistema nervioso central, oncología y antinfecciosos (incluyendo SIDA). Lasproteínas líderes en ingresos son la eritropoietina, los interferones y la insulina. En2004 el mercado de proteínas recombinantes ha sido de 26.750 M€; se prevé queeste sector alcance los 32.000 y 40.000 M€ en 2006 y 2010, respectivamente.

La tabla 10 recoge las proteínas recombinantes aprobadas por la FDA hasta agos-to de 2005 para aplicación en salud humana. No se incluyen las inmunoglobulinas,los anticuerpos monoclonales (ver apartado 3.2.2) ni las vacunas recombinantes(ver apartado 3.3.1). Para varias de ellas existen en el mercado diferentes especia-lidades farmacéuticas.

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Año Proteína Aplicaciones

1982 Insulina Diabetes, caquexia en SIDA (1996)

1985 Hormona de crecimiento (GH) Deficiencia de GH

1986 Interferón α-2a Tricoleucemia, sarcoma de Kaposi en SIDA(1988), leucemia mieloide crónica (1995), he-patitis C (1996), hepatitis B (2005)

Interferón α-2b Tricoleucemia, verrugas genitales (1988), sar-coma de Kaposi en SIDA (1988), hepatitis C(1991), hepatitis B (1992), melanoma maligno(1992), linfoma folicular + quimioterapia (1997)

1987 Activador tisular de plasminógeno (tPA) Infarto de miocardio agudo, embolismo pul-monar masivo agudo (1990), ictus isquémico(1996)

1989 Interferón α-N3 Verrugas genitales

Eritropoietina Anemia

1990 Interferón γ-1b Enfermedad granulomatosa crónica

1991 Glucocerebrosidasa Enfermedad de Gaucher

GM-CSF Estimulación de progenitores hematopoyéticos

G-CSF Neutropenia

1992 Interleuquina 2 Carcinoma renal, melanoma metastásico (1998)

Factor VIII Hemofilia A

1993 ADNasa Fibrosis quística

Interferón β-1b Esclerosis múltiple

1995 Interferón β-1a Esclerosis múltiple

Factor IX Hemofilia B

Hormona estimulante del folículo (FSH) Estimulación de la ovulación durante la repro-ducción asistida, inducción de espermatogé-nesis en hombres con hipogonadismo (2002)

1997 Interleuquina 11 Trombocitopenia inducida por quimioterapia

Factor de crecimiento derivado de Úlceras de pie en diabéticosplaquetas (PDGF)

Tabla 10.Proteínasrecombinantes deaplicación en saludhumana aprobadashasta agosto de 2005

(El año se refiere al de aprobación de la primera indicación; para posteriores aprobaciones se señala elaño entre paréntesis).

Fuente: US Food and Drug Administration.

Las principales estrategias terapéuticas en la utilización de los biofármacos son enterapias de remplazamiento de proteínas deficientes (eritropoietina, insulina, hor-mona de crecimiento, factores de coagulación...), terapias de bloqueo de factores

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Año Proteína Aplicaciones

1998 Hirudina Anticoagulación en trombocitopenia inducidapor heparina, trombosis de vena profunda(2003)

Receptor soluble del factor de Artritis reumatoidenecrosis tumoral (TNF)

Hormona estimulante del Control de tiroglobulina en pacientes contiroides (TSH) cáncer de tiroides

Glucagón Hipoglicemia severa

1999 Calcitonina Enfermedad de Paget, hipercalcemia asocia-da con malignidad, osteoporosis postmeno-páusica (2005)

Factor VIIa Hemofilia

Interferón α-N1 Hepatitis C

Proteína de fusión (toxina de Linfoma de células T cutáneo recurrentedifteria + IL-2)

TNF-α Sarcoma de tejidos blandos

2000 Antitrombina III Anticoagulación en pacientes resistentes aheparina

Gonadotropina coriónica Infertilidad en mujeres

2001 Antagonista del receptor de IL-1 Artritis reumatoide

Proteína morfogenética del hueso-7 Unión de la tibia en fracaso de autoinjerto(BMP-7)

Péptido natriurético Fracaso cardiaco congestivo descompensado

Proteína C Sepsis severa con riesgo de muerte

2002 Hormona paratiroidea Osteoporosis

Urato oxidasa Control del ácido úrico en pacientes pediátri-cos con quimioterapia

Proteína morfogenética del hueso-2 Fusión espinal lumbar(BMP-2)

2003 Proteína de fusión (LFA-3 + IgG) Psoriasis

α-galactosidasa A Enfermedad de Fabry

Antagonista del receptor de GH Acromegalia

Proteína de fusión (receptor Espondilitis anquilosanteTNF + IgG1 Fc)

α-L-iduronidasa Mucopolisacaridosis I

2004 Factor de crecimiento de Mucositis oral severa en pacientes de cánceresqueratinocitos hematológicos

Hormona luteinizante Estimulación del desarrollo folicular en muje-res infértiles

Tabla 10.Proteínas

recombinantes deaplicación en saludhumana aprobadas

hasta agosto de 2005(continuación)

de crecimiento (receptor soluble de TNF o antagonista del receptor de IL-1 en ar-tritis reumatoide) y como inmunoestimuladores (interleuquinas, interferones, facto-res estimulantes de colonias —CSF, del inglés colony stimulating factors—, etc.).

Hay que señalar que la biotecnología no sólo ha permitido la obtención a gran es-cala de proteínas naturales, sino que también está contribuyendo al desarrollo deuna segunda generación de proteínas recombinantes con mejores propiedadesfarmacológicas. Así, por ejemplo, en el mercado hay variantes de insulina o del ac-tivador tisular de plasminógeno, que poseen cambios puntuales en su secuenciade aminoácidos con el objetivo de mejorar su estabilidad o su actividad. Tambiénexisten proteínas de fusión (híbridos de dos proteínas diferentes) que permiten di-rigir la proteína terapéutica hacia un tipo celular concreto.

3.2.2. ANTICUERPOS MONOCLONALES Los anticuerpos (Ac), o inmunoglobulinas (Ig), son moléculas producidas por los lin-focitos B en repuesta a la exposición a una sustancia o molécula reconocida comoextraña (antígeno). Cada Ac reconoce y se une específicamente a una sola región delantígeno, denominada epítopo o determinante antigénico. De forma natural, una sus-tancia extraña puede contener diferentes epítopos, por lo que puede estimular la pro-ducción de diferentes Ac por distintos clones20 de linfocitos B, originando una mez-cla heterogénea de inmunoglobulinas (Ig), con diferente capacidad de reconocer yunirse al antígeno, denominado anticuerpo policlonal. En 1975, George Köhler y Cé-sar Milstein desarrollaron la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales (Ac-Mo) fusionando linfocitos B de ratones inmunizados con un determinado antígenocon células inmortales de mieloma (tumor de médula ósea), obteniendo una célulaproductora de un AcMo llamada hibridoma. La técnica desarrollada permite obtenerun AcMo con gran especificidad, de forma estable, en grandes cantidades y libre decontaminantes, lo que permite su producción industrial y la manipulación de su es-tructura por técnicas de biología molecular (por ejemplo, modificando sus propieda-des o uniéndolo a agentes terapéuticos, toxinas, etc.). Los AcMo se utilizan en prue-bas diagnósticas in vitro desde el año 1981 y con fines terapéuticos desde 1986.

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20 Cada clon de linfocitos B, que deriva de una misma célula, reconoce un único epítopo y produce elmismo anticuerpo.

n Las técnicas de ADN recombinante permiten producir una proteína de una especiedeterminada en bacterias, levaduras, células animales o vegetales, plantas y ani-males transgénicos. La proteína recombinante se obtiene en grandes cantidades ylibre de los contaminantes presentes en las fuentes naturales (virus, priones...).

n Las principales proteínas recombinantes en el mercado son hormonas, factoresde crecimiento, inmunoestimuladores, factores de coagulación, enzimas, inmu-noglobulinas, anticuerpos monoclonales y vacunas.

n Mediante estas tecnologías es posible introducir cambios en la secuencia deaminoácidos de una proteína o producir proteínas híbridas (de fusión), con el finde mejorar sus propiedades farmacológicas.

78

21 Proceso por el cual determinadas células (como los leucocitos y macrófagos) capturan y degradanpartículas o estructuras extrañas (por ejemplo, virus o bacterias) englobándolas con su membrana,internalizándolas al citoplasma y digiriéndolas con enzimas.22 Como parte del sistema inmune, está el sistema de complemento compuesto por más de veinticincoproteínas producidas por diferentes tipos celulares que, activándose en cascada, son capaces dedestruir (lisar) una célula recubierta de anticuerpos.

Todos los Ac tienen una estructura común en forma de «Y» (figura 7A), compuestapor cuatro cadenas proteicas, dos pesadas (H) y dos ligeras (L). El Ac se subdivi-de funcionalmente en una región variable (Fab), formada por parte de las cadenasH y las cadenas L (situada en los brazos de la «Y»), que proporciona la especifici-dad para reconocer directamente al antígeno, y una región constante (Fc), forma-da sólo por el resto de las cadenas H (que se encuentra en el tronco de la «Y»), enla que reside la capacidad de activar otros componentes del sistema inmune. Elefecto terapéutico del Ac está determinado por sus propiedades naturales comoelementos efectores de la respuesta inmune y/o por su capacidad de reconoci-miento de dianas específicas. Entre las primeras se incluyen la activación de célu-las del sistema inmune que expresan receptores para la región Fc del anticuerpo,induciendo fagocitosis,21 liberación de mediadores inflamatorios, muerte celular, etcétera, y su capacidad para activar el sistema de lisis celular inducido por las de-nominadas proteínas del complemento,22 presentes en el plasma de la sangre. En-tre los mecanismos de acción que se derivan de la unión del AcMo a su diana seincluyen el bloqueo de las funciones en las que está implicada la molécula diana re-conocida y la emisión de señales al interior de la célula, que pueden activar meca-nismos de muerte programada (apoptosis) en la célula diana.

Figura 7. Diferentes

estructuras de anticuerpos

xx

B

CCadenapesada

FabFv

VL

CL

A

Cadenaligera

NH2

CH1

VH

CH2

CH3

Fc COOH

Anticuerpomurino

Anticuerpohumano

Anticuerpoquimérico

Anticuerpohumanizado

Anticuerpobiespecífico

(A) Se indican las regiones variables (V) y constantes (C) de las cadenas pesadas (H) y ligeras (L); tam-bién se indican las regiones Fv, Fab y Fc. (B) Diagramas esquemáticos de diversos tipos de AcMo: mu-rinos, humanos, quiméricos y humanizados; en oscuro se muestran las secuencias de origen murino yen claro las de origen humano. (C) Anticuerpo biespecífico generado por métodos clásicos.

Los AcMo presentan ventajas incuestionables frente a los policlonales, pero tam-bién limitaciones importantes. En este sentido, dado que han sido obtenidos en cé-lulas de ratón, una proporción importante de los pacientes tratados presenta pro-blemas inmunológicos relacionados con el desarrollo de una respuesta de anti-cuerpos humanos antinmunoglobulinas de ratón, lo que provoca pérdida deeficacia y efectos colaterales de la reacción inmune potencialmente graves. Con elobjetivo de reducir esta respuesta inmune, se han desarrollado procedimientos quepermiten generar AcMo quiméricos (mezcla de regiones variables procedentes deAc de ratón, acopladas a regiones constantes de origen humano), anticuerpos hu-manizados (mantienen sólo las regiones hipervariables,23 Fv, del anticuerpo mono-clonal original) y anticuerpos completamente humanos (figura 7B).

Gracias a la biotecnología, se han desarrollado diferentes estrategias que han per-mitido a los AcMo adquirir funciones efectoras nuevas, así como modificar sus ca-racterísticas físico-químicas y metabólicas. Estas estrategias se muestran en la fi-gura 8.

79

23 Porción de las cadenas H y L de las inmunoglobulinas, altamente variable en su secuencia, que,conjuntamente, constituyen el sitio de unión al antígeno.

Figura 8. Nuevas estrategiasde utilizaciónterapéutica de losAcMo

Inmunotoxinas

Inmunocitoquinas

Modificación de las característicasfísico-químicas y metabólicas

ADCC

Mutacionespuntuales

CDC

Pre-targeting

Enzimasactivadorasde drogas

Anticuerposbiespecíficos

Conjugaciónradioisótopos

Célulaefectora

Adquisición de nuevasfunciones efectoras

AB

C

Céluladiana

(A) Dotando a la molécula de Ac con nuevas funciones efectoras; por ejemplo, diseñando anticuerposcon dos sitios de unión (Acs biespecíficos), o fusionadas a una citoquina inmunoestimuladora (inmu-nocitoquinas), a un isótopo radiactivo (radioconjugados) o a una toxina (inmunotoxinas). (B) Modifican-do las características físico-químicas o metabólicas de los Acs mediante mutaciones puntuales, porejemplo en los dominios relacionados con la citotoxicidad celular dependiente de Ac (ADCC) o la cito-toxicidad dependiente de complemento (CDC). (C) Mediante estrategias en dos fases, administrandouna enzima, que produce la forma activa de una droga, unida a un Ac y, a continuación, la droga enforma inactiva, de modo que sólo se va a liberar droga activa en las células donde previamente se ha-ya unido el complejo anticuerpo-enzima.

Anticuerpos biespecíficos

Los anticuerpos biespecíficos (AcBi) son moléculas de inmunoglobulina artificiales,en las cuales los dos sitios de unión al antígeno poseen diferente especificidad (fi-guras 7C y 8A). Los primeros AcBi eran moléculas obtenidas por métodos quími-cos o mediante fusión de dos hibridomas, a partir de dos AcMo con especificida-des distintas. Las técnicas de ingeniería genética permiten la construcción de AcBimediante fusión de dos sitios de unión al antígeno, directamente a nivel génico (fi-gura 7C). La combinación de dos especificidades distintas en una misma molécu-la hace que los AcBi tengan importantes aplicaciones en la terapia y el diagnósti-co in vivo. Aunque se han generado AcBi capaces de unir diversos compuestos(toxinas, radionúclidos, enzimas, antígenos, citoquinas y drogas citotóxicas) diri-giéndolos hacia las células diana, la mayoría han sido diseñados para unir una mo-lécula de la célula diana y una molécula activadora de una célula del sistema in-mune, cuya activación conduciría a la destrucción de la célula diana.

Inmunocitoquinas

Diferentes citoquinas e interleuquinas24 poseen efecto antitumoral, pero por des-gracia las dosis terapéuticas suelen causar graves efectos secundarios que limitansu administración. Con el fin de lograr una acumulación preferente de la citoquinaen el tumor se han diseñado proteínas de fusión formadas por un AcMo, dirigidofrente a un antígeno tumoral, y el gen de una citoquina inmunoestimuladora (figura8A), siendo IL-2, IL-12 y GM-CSF las más utilizadas. Estas quimeras son capacesde inducir la activación de la respuesta inmune antitumoral a nivel local, evitando latoxicidad que acompaña a la administración sistémica25 de citoquinas. Estas pro-teínas de fusión se han probado en modelos tumorales, tanto en estrategias de va-cunación previas a la inoculación tumoral como en el tratamiento de tumores ya es-tablecidos, mostrando un efecto antitumoral más potente que el de la citoquina so-la o el de la combinación de la citoquina libre y el Ac.

AcMo conjugados a agentes tóxicos

Otro sistema para aumentar la eficacia terapéutica de un AcMo se basa en suunión a diferentes moléculas con efecto antitumoral propio (figura 8A). Las combi-naciones más estudiadas son con radioisótopos,26 toxinas y agentes citotóxicos.Mediante la conjugación o unión de un isótopo radiactivo con un AcMo que reco-noce un antígeno tumoral se intenta hacer llegar de forma selectiva una dosis de

80

24 Las citoquinas son proteínas secretadas por una variedad de células que producen diferentesefectos en otras células, es decir, constituyen una forma de comunicación entre células. Lasinterleuquinas son las citoquinas producidas por leucocitos que actúan sobre otros leucocitos.25 Que afecta a todo el organismo.26 Variante de un elemento químico que emite radiactividad.

radiación terapéutica a la célula tumoral. Los isótopos aprobados para uso clínicoen este contexto (Iodo131 e Itrio90) emiten partículas β que alcanzan una distanciade varios diámetros celulares, con lo que se obtiene un efecto citotóxico sobre lascélulas vecinas (efecto bystander). Además, estos isótopos pueden emitir al mis-mo tiempo radiación γ, que alcanza distancias mayores y permite su detección me-diante técnicas de imagen. Este efecto bystander es especialmente útil cuandoexiste dificultad para la llegada del Ac a todas las dianas (por ejemplo, si parte delas células han perdido el antígeno reconocido por el AcMo), o cuando el tumor esmuy grande o está poco vascularizado. Una nueva generación de isótopos conemisión de partículas α (Bismuto212 y Bismuto213), de alcance mucho más corto y,por tanto, de toxicidad más limitada, abre nuevas perspectivas para el uso de ra-dioinmunoconjugados.

En cuanto a la conjugación de AcMo a toxinas (inmunotoxinas), las más utilizadasson de origen vegetal o bacteriano, como la ricina, la toxina diftérica, la exotoxinaA de Pseudomonas o la enterotoxina A de Staphilococcus, que deben ser interna-lizadas en la célula diana. Las inmunotoxinas han logrado resultados prometedo-res en modelos animales, aunque su principal limitación es la inducción de una res-puesta inmune, pues el número de dosis que se pueden administrar es reducido.Este problema se evita empleando proteínas de origen humano como toxinas.

AcMo conjugados a enzimas ofotosensibilizadores

La estrategia denominada ADEPT (Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy) sebasa en el uso de enzimas activadoras de fármacos. En una primera fase, se ad-ministra la enzima que produce la forma activa del fármaco, unida a un AcMo conespecificidad antitumoral (figura 8C). Una vez que este complejo ha sido eliminadode la circulación y de los tejidos normales, asumiendo que el Ac sólo está unido alas células diana, se administra el fármaco en forma inactiva, de modo que sólo selibera su forma activa en las células tumorales donde previamente se haya unido elcomplejo AcMo-enzima. Con esta estrategia se reduce el riesgo de toxicidad sis-témica alcanzando el efecto a las células vecinas. Independientemente de la com-plejidad del sistema, el problema es la capacidad inmunogénica de las enzimas uti-lizadas, que una vez más podría solventarse con el uso de enzimas humanas.

Una aproximación análoga, también en dos fases, se basa en la utilización deagentes fotosensibilizadores.27 En un primer momento se administra el AcMo con-jugado con un compuesto capaz de emitir luz fluorescente y, posteriormente, seirradia la zona de interés con luz de una longitud de onda adecuada para su esti-mulación. Su principal inconveniente es que sólo es aplicable en zonas accesiblesa la fototerapia.

81

27 Compuestos inactivos en la oscuridad pero que, activados con luz de una determinada longitud deonda, se transforman en tóxicos.

Multímeros

La formación de multímeros (dos o más moléculas de Ac unidas mediante conju-gación química o a nivel genético) tiene la ventaja del aumento del número de mo-léculas de antígeno que puede unir y, por tanto, de su avidez.28 Esto se traduce enuna disminución en la velocidad de disociación del complejo antígeno-anticuerpo,ya que mientras una región variable permanezca unida a su diana aumenta la pro-babilidad de que las demás se vuelvan a unir. La formación de dímeros con dosAcMo iguales (homodímeros) por reacción química, puede incrementar su efectoantitumoral. Así, se ha demostrado que el AcMo anti-CD20 (Rituxan®), aprobadopara el tratamiento de linfomas no Hodgkin, incrementa su actividad cuando se ad-ministra en forma de homodímeros.

Los anticuerpos monoclonales en el mercado

Después del éxito de las proteínas recombinantes, los AcMo terapéuticos han si-do la segunda gran innovación debida a la industria biotecnológica en los últimosveinte años. En 2002, el mercado total de AcMo terapéuticos fue de 4.150 M€, es-perándose que aumente hasta 13.400 M€ en 2008.

En agosto de 2005 había diecinueve AcMo aprobados para su utilización como fár-macos de uso humano (tabla 11), habiendo actualmente más de ciento treinta endesarrollo, de los que se espera que en 2008 la FDA haya aprobado once más. Lasprincipales indicaciones terapéuticas en las que se están utilizando los AcMo soncomo inmunotoxinas contra cáncer, inmunosupresores en el rechazo de trasplan-tes, enfermedades autoinmunes, artritis reumatoide y esclerosis múltiple, e inhibi-dores de la respuesta inflamatoria bloqueando factores como IL-1 y TNF-α en la in-flamación crónica. De todos los productos aprobados, el líder en ventas (30,5% deltotal en 2002) es infliximab, un AcMo que bloquea la acción del TNF-α, agente de-sencadenante de determinadas enfermedades autoinmunes, como la artritis reu-matoide y la enfermedad de Crohn.

8228 «Fuerza» con que el anticuerpo se une a su antígeno.

83

Nombre genérico* Indicaciones y año de(nombre comercial) Antígeno Mecanismo de acción aprobación por la FDA

Muromomab* Inmunosupresor; anergia/ Tratamiento del rechazo(Orthoclone OKT3) CD3 apoptosis de linfocitos T agudo en trasplantes

tras su activación (1986)

Abciximab GPIIb/IIIa Inhibe la agregación Antitrombótico en (ReoPro) plaquetaria intervenciones coronarias

y angioplastias (1994)

Edrecolomab EpCAM ADCC, CDC Cáncer colorrectal (1995)(Panorex)

Rituximab CD20 ADCC, CDC, apoptosis Linfoma no Hodgkin (Rituxan, Mabthera) (1997)

Daclizumab CD25 Inhibe la activación de Prevención del rechazo (Zenapax) linfocitos T mediada por agudo en trasplante de

CD25 riñón (1997)

Basiliximab CD25 Inhibe la activación de Prevención del rechazo (Simulect) linfocitos T mediada por agudo en transplante de

CD25 riñón (1998)

Trastuzumab ErbB2/neu Inhibe la proliferación de Cáncer de mama metas-(Herceptin) células tumorales mediada tático (1998)

por ErbB2, ADCC

Palivizumab VSR Inmunoterapia pasiva Profilaxis enfermedad virus(Synagis) (proteina F) sincitial respiratorio (RSV)

en niños (1998), enferme-dad del tracto respiratorioinferior causada por RSV(2004)

Infliximab TNF-α Inhibe el efecto pro- Enfermedad de Crohn y(Remicade) inflamatorio de TNF-α artritis reumatoide (1998),

artritis psoriásica (2005)

Gentuzumab CD33 Efecto citotóxico de Leucemia mieloide Ozogamicin (Mylotarg) calicheamicina (daño al aguda (2000)

ADN y apoptosis)

Alemtuzumab CD52 ADCC, CDC Leucemia linfoide crónica(Campath, B (2001)MabCampath)

Ibritumomab Tiuxetan CD20 Radioterapia, ADCC, Linfoma no Hodgkin (Zevalin) CDC, apoptosis (2002)

Adalimumab TNF-α Inhibe el efecto pro- Enfermedad de Crohn y (Humira, Trudexa) inflamatorio de TNF-α artritis reumatoide (2002)

Tositumomab/131I- CD20 Radioterapia, ADCC, Linfoma no Hodgkin tositumomab (Bexxar) CDC, apoptosis (2003)

Omalizumab IgE Disminuye los niveles de Asma de origen alérgico (Xolair) IgE en la circulación; (2003)

bloquea la unión a sus receptores

Efalizumab CD11a Inhibe la adhesión de Psoriasis (2003)(Raptiva) linfocitos T a endotelio y

su activación

Cetuximab EGFR Bloquea la unión de EGF Cáncer colorrectal (Erbitux) a su receptor en las avanzado (2004)

células tumorales y su proliferación, ADCC, CDC

Tabla 11.Anticuerposmonoclonalesaprobados para usoterapéutico

84

Nombre genérico Indicaciones y año de(nombre comercial) Antígeno Mecanismo de acción aprobación por la FDA

Bevacizumab VEGF Bloquea la unión de Cáncer colorrectal (Avastin) VEGF a sus receptores metastático (2004)

Natalizumab** Integrina α4 Bloque la unión de Esclerosis múltiple (2004)(Tysabri) linfocitos al endotelio

Tabla 11.Anticuerpos

monoclonalesaprobados para uso

terapéutico(continuación)

* Los sufijos de los nombres genéricos de los AcMo se asignan de la siguiente forma: los murinosacaban en «omab», los quiméricos en «ximab», los humanizados en «zumab» y los totalmente huma-nos en «umab». ** Suspensión voluntaria de su comercialización (febrero, 2005).

Fuente: US Food and Drug Administration.

n Los anticuerpos monoclonales (AcMo) se obtienen en células de ratón, denomi-nadas hibridomas, de forma estable, en grandes cantidades y libres de conta-minantes.

n A diferencia de los anticuerpos policlonales, los monoclonales son muy especí-ficos ya que se unen a un único sitio de la molécula de antígeno. Se utilizan confines diagnósticos y terapéuticos.

n Actualmente es posible obtener anticuerpos quiméricos, humanizados o huma-nos que eviten en los pacientes una respuesta inmunológica como la producidafrente a las inmunoglobulinas de ratón.

n Existen estrategias para obtener AcMo con nuevas funciones efectoras o concaracterísticas fisico-químicas y metabólicas modificadas. Por ejemplo, anti-cuerpos biespecíficos (con dos sitios de unión de diferente especificidad), o an-ticuerpos conjugados a citoquinas inmunoestimuladoras, a agentes tóxicos (to-xinas, radioisótopos), a enzimas activadoras de fármacos o a agentes fotosen-sibilizadores.

n En 2008 se espera que haya unos treinta AcMo en el mercado, siendo sus prin-cipales aplicaciones en oncología, enfermedades autoinmunes, artritis, inflama-ción y trasplantes.

3.3. La utilización del sistema inmune

La principal forma de defensa del organismo, frente a agentes nocivos, es la res-puesta inmune adaptativa, que incluye la producción de Ac, que se unen a los Agextraños, y la activación de células específicas (linfocitos B y T), que reconocen alos patógenos y los destruyen. En los casos de infección vírica y de células trans-formadas, esta respuesta inmune es esencial para la destrucción de las célulasafectadas, pues éstas muestran antígenos específicos que permiten al sistema in-mune identificarlas. Desde hace muchos años, se está intentando utilizar, con ma-yor o menor éxito, el sistema inmune con fines preventivos y terapéuticos, me-diante las denominadas estrategias de inmunoterapia pasiva (con Ig, sueros poli-clonales y AcMo) e inmunoterapia activa (vacunas y células del sistema inmune).La biotecnología ha permitido desarrollar una nueva generación de vacunas, másespecíficas y más seguras, y utilizar las células del sistema inmune como agentesterapéuticos, en algún caso modificadas genéticamente para mejorar su funcio-nalidad.

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Los linfocitos B y T son los responsables de la respuesta inmune específica. Estascélulas se producen en los órganos linfoides primarios (los linfocitos B en la médu-la ósea y los T en el timo) y migran a los órganos linfoides secundarios (bazo y nó-dulos linfáticos, fundamentalmente), donde tiene lugar la respuesta inmune. Los lin-focitos B y T poseen en su membrana receptores capaces de reconocer un antí-geno determinado. De cada reconocimiento se produce un clon de células B y Tque expresa un único receptor del repertorio de cientos de miles de receptores an-tigénicos posibles; este repertorio se genera mediante el reordenamiento al azar delas regiones de ADN genómico que codifican dichos receptores, eliminándoseaquellas poblaciones linfocitarias que han reconocido componentes del propio or-ganismo.

Los linfocitos B, responsables de la denominada inmunidad humoral, reconocen alantígeno soluble a través de inmunoglobulinas de membrana. Una vez reconocidoel antígeno, y con la ayuda de linfocitos T y macrófagos, el linfocito B se transfor-ma en un clon de células productoras de anticuerpo, las células plasmáticas. Unavez que se produce la interacción antígeno anticuerpo, el antígeno es eliminado pordiversos mecanismos, entre los que participan los macrófagos, los leucocitos poli-morfonucleares y el sistema de complemento.

Los linfocitos T son los responsables de la respuesta inmune celular. Las célu-las T reconocen al antígeno a través de sus receptores de membrana TCR (re-ceptor de célula T, del inglés T cell receptor). Para ello, necesitan que el antíge-no sea degradado y procesado por las células presentadoras de antígeno, lascuales exponen los determinantes antigénicos en su superficie a través de lasmoléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC). Existen dossubpoblaciones principales de linfocitos, CD4+ y CD8+. Los linfocitos CD4+, alreconocer el antígeno expuesto por las células presentadoras, se activan y se-cretan citoquinas capaces de favorecer una reacción inflamatoria. Las célulasCD8+ reconocen a los antígenos de células infectadas con virus o tumorales,destruyéndolas mediante la liberación de proteínas que forman poros en la cé-lula diana y la inducción de factores que promueven apoptosis (muerte celularprogramada).

3.3.1. VACUNAS BIOTECNOLÓGICAS

La vacuna puede consistir en un microorganismo, una parte de él, o un producto de-rivado del mismo, y tiene por objeto producir una respuesta inmune similar a la de lainfección natural sin peligro para el vacunado, que es un individuo sano. Hace ya másde doscientos años que Edward Jenner empezó a aplicar sistemáticamente la vacu-nación contra la viruela. Las amplias campañas de vacunación que siguieron poste-riormente culminaron en 1979 con la declaración de la erradicación mundial de estaenfermedad infecciosa por la Organización Mundial de la Salud (OMS). El éxito deJenner se basó en un principio básico que se ha repetido en múltiples ocasiones pa-ra la obtención de algunas de las vacunas actuales. Este principio consiste en ino-cular un agente infeccioso atenuado (capaz de infectar al organismo receptor de lavacuna, pero incapaz de producir una sintomatología adversa) para inducir una res-puesta defensiva del sistema inmune que proteja al organismo receptor frente a unintento de infección posterior por el mismo agente plenamente activo o uno estre-chamente relacionado. La aparición en humanos de enfermedades causadas pornuevos virus, o por nuevas variantes de virus conocidos, como los casos recientesdel Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS en inglés) o la gripe del pollo, obli-gan al continuo desarrollo de nuevos tipos de vacunas para hacerles frente.

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Las estrategias tradicionales para la obtención de vacunas se han basado en la ma-nipulación del agente infeccioso a partir de cultivos de dicho agente. Los tipos fun-damentales de vacunas clásicas (parte superior de la figura 9) son:

n Vacunas enteras inactivadas: Son las vacunas en las que se emplea el agen-te infeccioso intacto, cuya capacidad infectiva ha sido eliminada mediante algúntratamiento químico o físico. Por ejemplo, la primera vacuna frente a la poliome-litis desarrollada por Jonas Salk se basó en preparaciones de poliovirus inacti-vadas con formaldehído (inactivación química) que destruía la infectividad viralpero que mantenía, al menos en parte, su capacidad inmunogénica, es decir, deprovocar una respuesta del sistema inmune.

n Vacunas enteras atenuadas: Son las vacunas en las que se emplea un agenteinfeccioso «debilitado» o atenuado capaz de producir una infección leve sin sinto-matología clínica, pero que mantiene una alta capacidad inmunogénica. El agen-te infeccioso se atenúa, generalmente, mediante siembras y resiembras múltiplesque dan lugar a la aparición de variantes con las propiedades disminuidas. De es-te modo, Albert Sabin desarrolló la vacuna atenuada frente a la poliomelitis. La va-cuna atenuada de poliovirus se ha empleado exhaustivamente en los programasde vacunación propiciados por la OMS, consiguiéndose la erradicación de estaenfermedad en la mayor parte de los países de nuestro planeta.

n Vacunas de subunidades o de antígenos purificados: Estas vacunas consis-ten en preparaciones más o menos puras de alguno de los componentes delagente infeccioso, por ejemplo antígenos; en general, este término se reservapara aquellos antígenos que son componentes proteicos del virus, aunque tam-bién pueden tener otra naturaleza química (por ejemplo, complejos de azúcares).Se preparan mediante extracción y separación de los componentes del agenteinfeccioso, seleccionándose y purificándose aquellos que son capaces de indu-cir una respuesta inmune protectora. La vacuna antigripal que más se utiliza enla actualidad está preparada por estos métodos, y contiene los dos antígenosprincipales del virus, las proteínas hemaglutinina y neuraminidasa.

En la figura 9 se resumen las posibilidades para el desarrollo de una vacuna. Algu-nas de estas posibilidades se han utilizado ya para la obtención de vacunas (partesuperior de la figura). Con el advenimiento de la ingeniería genética y de otras tec-nologías relacionadas se han abierto otras posibilidades para el desarrollo de nue-vas vacunas (parte izquierda y parte inferior de la figura).

Vacunas antidiotípicas

Como se ha comentado en el apartado 3.2.2, los Ac que se inducen tras la inocula-ción de un determinado Ag en el organismo reconocen los epítopos del antígeno. Laparte del Ac que se une a un determinado epítopo se acomoda estrechamente a su

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Desde el punto de vista de la eficacia, las vacunas atenuadas, que inducen un tipo deinmunidad análoga a la infección con el agente infeccioso «salvaje», suelen ser máseficaces que los otros dos tipos de vacunas. Sin embargo, estas vacunas suelen te-ner asociadas un porcentaje, aunque muy bajo, de casos en los que la enfermedadse pone de manifiesto clínicamente, en general de forma leve, como consecuencia dela propia vacunación. Además, las vacunas atenuadas pueden revertir, es decir, deellas pueden surgir espontáneamente variantes «salvajes» capaces de infectar y dise-minarse entre la población. Este último problema es el que ha motivado que se estécontemplando el uso de las vacunas inactivadas frente a la poliomelitis en los paísesdonde el virus se ha erradicado, puesto que estas vacunas son más seguras que lasatenuadas. Por último, las vacunas de subunidades son más limpias que las anterio-res y además focalizan la respuesta inmune frente a los antígenos relevantes.

Figura 9.Métodos deobtención de vacunas

AnticuerposAnti-idiotípicos

Vacuna enteraatenuada

Vacuna enterainactivada

Vacuna de subunidadeso antígeno purificado

Vacunaantiidiotípica

Vacuna peptídicasintética

Anticuerpos

Proteínas

Síntesispeptídica

Mutagénesisdirigida

Vacuna atenuadapor ingeniería genética

Vacuna deADN

Vacunarecombinante

Cultivo

VirusBacteriasParásitos

Genoma Recombinación Expresión

Inactivación Atenuación FraccionamientoExtracción

In vitro(virus, levaduras,bacterias, células

animales)

In vivo(virus, bacterias)

Las vacunas obtenidas por métodos clásicos se indican en la parte superior. Las nuevas vacunas bio-tecnológicas se muestran en la parte izquierda (no obtenidas por ingeniería genética) e inferior (obteni-das por ingeniería genética).

superficie y se denomina idiotipo. De forma simplificada, se puede pensar que el epí-topo (parte del Ag) es la cerradura y el idiotipo (parte del Ac) es la llave. Si se inocu-la un organismo con un anticuerpo portador de un determinado idiotipo se produci-rán Ac contra ese idiotipo del anticuerpo original, que serán superficies complemen-tarias de éste. Estos Ac antidiotípicos mimetizan la estructura del epítopo originalpresente en el Ag del agente infeccioso. Por tanto, los Ac antidiotípicos, más o me-nos purificados, se pueden comportar como si fueran antígenos y, así, utilizarlos enlugar de éstos para inducir una respuesta inmune que reconozca al epítopo y prote-ja al organismo frente al agente infectivo, sin ningún tipo de riesgo añadido. Aunqueeste tipo de vacunas son muy seguras, puesto que no se utiliza ningún agente o frag-mento de agente infeccioso en la vacunación, sólo han tenido un éxito parcial en al-gunos casos, y hasta ahora exclusivamente en animales de experimentación. Estose debe, al menos en parte, a que por este método la respuesta inmune protectoraestá focalizada frente a uno (o unos pocos) de los múltiples epítopos que normal-mente forman parte de los Ag relevantes para la protección.

Vacunas de péptidos sintéticos

Se basan en la síntesis química de péptidos que reproducen algunos de los epíto-pos de los antígenos del agente infeccioso, relevantes para la respuesta inmuneprotectora. Estos péptidos se inoculan, generalmente, mezclados con otras sus-tancias adyuvantes que potencian la respuesta inmune. Al igual que las vacunasantidiotípicas, las vacunas basadas en péptidos son muy seguras, pero son pocoeficaces puesto que están dirigidas hacia uno o pocos epítopos. Además, en mu-chos casos la estructura de los epítopos en las moléculas de Ag no es la mismaque la que adoptan en los péptidos sintéticos, lo que sesga la respuesta inmunehacia una respuesta no protectora. Estas vacunas han tenido un éxito relativo enalgunas infecciones veterinarias (por ejemplo, por el parvovirus canino) aunque to-davía no ha habido resultados relevantes en infecciones humanas.

Vacunas recombinantes vivas

El proceso de recombinación in vitro para la obtención de nuevas vacunas no di-fiere técnicamente del que se utiliza para la producción de proteínas recombinan-tes en microorganismos manipulados genéticamente. Así, es posible insertar en elgenoma de un microorganismo genes de otro agente infeccioso, que estos genesse expresen produciendo sus proteínas, pudiendo éstas inducir una reacción delsistema inmune contra sí mismas, cuando el microorganismo productor es usadopara infectar a un individuo. De este modo, el microorganismo es utilizado comovehículo para conseguir una inmunización o vacunación contra otro agente infec-cioso. Determinados virus (alfavirus, adenovirus, virus adeno-asociados, poxvirus,vaccinia, etc.) cuyos genomas admiten la incorporación de algunos genes foráneossin por ello perder su capacidad infectiva, constituyen el uso más extendido de es-

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ta estrategia. También se han utilizado bacterias no patógenas, como Salmonella,Mycobacterium, Shigella o Listeria, entre otras.

Esta propiedad también está siendo explorada como una forma de atenuar determi-nados virus o de conferirles nuevas propiedades. Por ejemplo, la inserción en el ge-noma viral de genes que codifican determinadas moléculas inmunomoduladoras (ci-toquinas, quimioquinas, etc.) puede conducir a la atenuación del virus o a una mejo-ra de sus propiedades inmunogénicas. No obstante, esto puede ser un arma dedoble filo puesto que, por ejemplo, la inserción del gen de la interleuquina-4 (IL-4) enel genoma del virus vaccinia lo hace extremadamente virulento, al menos en ratones.

Vacunas de subunidades recombinantesLa recombinación genética in vitro también se puede utilizar para generar virus,bacterias, levaduras o células en cultivo, que sean la fuente de la producción dedeterminados antígenos que, tras su purificación, sirvan como vacunas. En algu-nos casos este procedimiento permite la obtención de vacunas más seguras. Así,la primera vacuna frente al virus de la hepatitis B consistía en preparaciones del an-tígeno de superficie del virus obtenido a partir del plasma de individuos infectados;esta vacuna tenía el riesgo de poder estar contaminada por virus infectivo intactopresente en el plasma de dichos individuos. La clonación, la introducción y la ex-presión del gen del Ag de superficie en levaduras, o en células animales, ha per-mitido generar vacunas completamente libres de virus. Posteriormente, se han de-sarrollado vacunas recombinantes contra la toxina pertusis, VIH, papilomavirus,Helicobacter pylori, herpes genital y meningitis, entre otros.

Vacunas atenuadas por ingeniera genéticaLa atenuación de un agente infeccioso consiste en eliminar su carácter virulento sindestruir su capacidad inmunogénica. Mientras que la atenuación por métodos tra-dicionales se basa en el trabajo tedioso de cultivar múltiples veces el microorga-nismo hasta conseguir alguna variante que tenga sus propiedades atenuadas, lamutagénesis dirigida29 es una manera más racional de obtener microorganismosatenuados. En el caso de muchos virus estos suelen disponer de genes que sonnecesarios para su virulencia, pero que son dispensables para su infectividad. Enel caso de bacterias hay también genes, generalmente agrupados dentro de su ge-noma en islotes de virulencia, que determinan el carácter virulento de las mismaspero que son dispensables para su multiplicación y propagación. La eliminación dealguno de estos genes mediante manipulación del genoma permite la obtención deagentes infecciosos atenuados que se pueden utilizar como vacunas. En otros ca-sos, la atenuación de un microorganismo se puede conseguir provocando muta-ciones en alguno de los genes que codifican proteínas esenciales del mismo (mu-tagénesis dirigida), haciéndolas menos eficaces o restringiendo su actividad a de-

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29 Modificación de un nucleótido específico en la secuencia de un gen, lo que se traduce en el cambiode un aminoácido en la proteína codificada por el mismo.

terminadas condiciones ambientales. Por ejemplo, se pueden conseguir microor-ganismos que se multipliquen de manera normal a temperaturas relativamente ba-jas (25ºC), pero de forma muy reducida a la temperatura corporal (37ºC); estos mu-tantes se denominan sensibles a temperatura.

La ventaja de la mutagénesis dirigida frente a los métodos tradicionales para la ate-nuación de los agentes infecciosos es doble. Por un lado, su eficacia, pues se pue-den conseguir fácilmente multitud de mutantes en un corto periodo de tiempo quese pueden probar en modelos in vitro e in vivo. Por otro lado, su mayor seguridaden las atenuaciones obtenidas. En este sentido, algunas de las vacunas atenuadastradicionales tienen una tendencia a revertir y recuperar el carácter «salvaje» alta-mente infectivo. Esto se debe a que las mutaciones que producen la atenuaciónsuelen ser puntuales, es decir, afectan a uno o a unos pocos de los aminoácidosde un determinado producto génico de un microorganismo. La atenuación por mu-tagénesis dirigida se puede conseguir introduciendo múltiples cambios puntualesque disminuyan la probabilidad de reversión al carácter «salvaje», o introduciendootros tipos de cambios genéticos, como la eliminación de un gen o parte del mis-mo, lo que hace extremadamente improbable su reversión.

Vacunas de ácidos nucleicos La inmunización con ácidos nucleicos consiste en la inoculación directa de un frag-mento de ARN o ADN, o bien de un plásmido (ADN circular de doble hebra) quecodifica el antígeno de interés bajo el control de un promotor de células eucario-tas.30 Una vez inoculado, por ejemplo intramuscularmente, el plásmido puede sercaptado eficientemente y expresado por las células musculares con la produccióndel antígeno en cuestión, para inducir posteriormente una potente respuesta in-mune. Esta estrategia de vacunación presenta varias ventajas con respecto a mé-todos más convencionales que utilizan tanto subunidades proteicas como virusatenuados o inactivos, por lo que actualmente se están llevando a cabo numero-sos ensayos experimentales en humanos (para una revisión completa, ver la pági-na www.dnavaccine.com).

Las vacunas basadas en la inoculación de ADN plasmídico cumplen muchos delos requisitos de una vacuna ideal:

n Una vacuna de ADN es barata y fácil de producir.

n Los plásmidos son estables y no requieren de condiciones especiales de alma-cenamiento. Una vacuna que requiriera el mantenimiento de una cadena de fríotendría muy difícil su consolidación en el tercer mundo.

n Una vacuna de ADN resulta inocua para el paciente; de hecho, la posibilidad deintegración del ADN plasmídico en el núcleo de las células que lo capten, lo quesería un riesgo añadido, está prácticamente descartada.

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30 Las células eucariotas se encuentran en seres unicelulares, como hongos y levaduras, y en todos losseres pluricelulares; se caracterizan por poseer núcleo a diferencia de las células procariotas, menosevolucionadas, que sólo se encuentran en algunos seres unicelulares, como las bacterias.

n Las vacunas de ADN son capaces de inducir una respuesta inmunológica com-pleta (celular y humoral) y duradera, en muchos casos tras sólo una dosis de in-munización. A pesar de ello, el vector utilizado ha de ser en sí mismo muy po-co inmunogénico, es decir, que tras su administración se induzca únicamenteuna respuesta inmune específica contra el antígeno de interés que codifica, y nocontra componentes del vector de expresión.

Una de las grandes críticas realizadas inicialmente a la vacunación con ácidos nu-cleicos era su poca capacidad inmunoestimuladora cuando se comparaba conotros métodos de vacunación más clásicos. Sin embargo, en los últimos años, seha podido demostrar que la respuesta inmune inducida tras la vacunación conADN puede mejorarse exponencialmente utilizando muy diversas estrategias, quevan desde la formulación de vacunas en forma de complejos que protejan el ADNde la degradación, pasando por el diseño de nuevos mecanismos más eficientesde administración de la vacuna, hasta intentar manipular cada uno de los pasos im-plicados en la presentación antigénica del virus.

La vacunación con ADN parece que mimetiza de algún modo lo que sucede du-rante una infección viral. El ADN, una vez inoculado dentro del organismo, es ca-paz de entrar en la célula utilizando receptores específicos. Una vez dentro de lacélula, el ADN se expresa produciendo la proteína que codifica, sirviéndose paraello de la maquinaria celular. La proteína que ha sido expresada intracelularmentepuede seguir las diferentes rutas estándar de presentación antigénica a los linfoci-tos T del proceso de respuesta inmune. Por otra parte, en el caso de que parte dela proteína expresada se liberara fuera de las células donde se produjo, ésta podríaser reconocida específicamente por las células B, estimulando de este modo laproducción específica de inmunoglobulinas.

Las principales ventajas de la vacunación con ácidos nucleicos son:

n Se puede ensayar una gran cantidad de variables antes de definir la fórmula va-cunal ideal, siempre que se disponga de un modelo animal adecuado para es-tudiar la enfermedad de interés.

n Se puede producir una vacuna a la carta dependiendo de que interese generarun tipo de respuesta inmune muy concreto, por ejemplo únicamente una res-puesta citotóxica específica en ausencia de anticuerpos, o bien se desee gene-rar una respuesta inmune lo más completa posible, que cubra tanto una res-puesta humoral (producción de anticuerpos) como celular.

n Se puede generar fácilmente una respuesta polivalente contra varios antígenos ala vez o una respuesta policlonal contra un mismo antígeno. Esta última estrategiapodría resultar fundamental para luchar contra virus como el del SIDA, que tieneuna enorme variabilidad. Inducir una respuesta exclusivamente dirigida contra undeterminante inmunogénico concreto (o unos pocos), problema habitual con losmétodos clásicos de vacunación, puede suponer un riesgo muy elevado debido ala aparición de mutantes capaces de evadir muy eficientemente la respuesta in-mune.

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n Se puede eliminar de la vacuna de ADN todo lo que no interese desde el pun-to de vista inmunológico, de manera que se reduzca todo lo posible la genera-ción de posibles respuestas inmunes inespecíficas.

La vacunación con ácidos nucleicos está cobrando día a día un mayor protago-nismo, demostrando ser de gran utilidad incluso en protocolos en los que resultaóptimo inmunizar inicialmente con una vacuna ADN y, posteriormente, suministraruna dosis de recuerdo utilizando otro método alternativo.

Vacunas terapéuticas Las vacunas hasta la actualidad se han empleado como un método profiláctico deprevención de las infecciones. Hoy en día, sin embargo, se está considerando eluso de las vacunas con fines terapéuticos frente a determinadas enfermedades in-fecciosas. Por ejemplo, una vacuna terapéutica tendría gran utilidad para el trata-miento de los millones de individuos infectados por el VIH o por los virus de las he-patitis B y C. Estas vacunas requieren, probablemente, la reorientación de la res-puesta inmune para eliminar el agente infeccioso, puesto que el sistema inmune delorganismo ya ha respondido a la infección.

El concepto de vacunas terapéuticas se extiende más allá de las enfermedades in-fecciosas. Así, enfermedades como el cáncer, las alergias, las enfermedades au-toinmunes o las encefalopatías causadas por priones, como la enfermedad deCreutzfeldt-Jacob, son algunas de las enfermedades para las que se está investi-gando el uso de vacunas terapéuticas basadas en la biotecnología (ver apartado3.3.2). En 2005, había 78 vacunas que se estaban probando clínicamente frente adistintos tipos de cáncer (melanoma, linfoma, carcinoma de próstata, páncreas,etc.), de las que 14 estaban en fase III de ensayos clínicos o de preregistro. Cabedestacar los resultados esperanzadores conseguidos con una vacuna frente al car-cinoma cervical, utilizando un antígeno del virus del papiloma, asociado a ese tipode cáncer. También hay en fase de desarrollo clínico avanzado una serie de vacu-nas antialérgicas, utilizando antígenos recombinantes purificados y modificadosgenéticamente para reorientar la respuesta inmune sin producción de anticuerposdel tipo IgE, asociados a la respuesta alérgica.

Las vacunas en el mercado. ConsideracionessocioeconómicasAlgunos de los procedimientos mencionados han sido ya utilizados para la obtencióndel arsenal de vacunas que se utilizan en España (tabla 12) y en otros países. Mien-tras que la mayoría de las vacunas disponibles se han desarrollado por los procedi-mientos tradicionales, es de resaltar que ya hay vacunas en el mercado que se hanobtenido utilizando algunas de las nuevas biotecnologías; por ejemplo, el caso de lavacuna de la hepatitis B. También, se ha desarrollado una vacuna antirrábica en la queel gen de la glicoproteína del virus de la rabia se ha incorporado al virus vaccinia; es-

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ta vacuna se ha utilizado para la inmunización de zorros salvajes en varios países eu-ropeos con un éxito notable. Asimismo, hay disponible una vacuna frente al cóleraque incorpora una toxina de V. cholerae obtenida por ingeniería genética.

Sin embargo, las nuevas tecnologías están teniendo un impacto considerable, so-bre todo, en el desarrollo de nuevas vacunas. La tabla 13 enumera algunas de lasvacunas en fase de investigación o desarrollo sobre las que se está trabajando másactivamente. Cabe destacar que algunas de estas nuevas vacunas son para me-jorar algunas de las ya existentes. Por ejemplo, las vacunas frente al virus de la gri-pe o frente al citomegalovirus. En cambio, otras están orientadas al desarrollo devacunas frente a infecciones para las que no se dispone de métodos profilácticos

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Virus o enfermedad Tipo Uso*

Poliovirus Atenuada e Inactivada E

Rubeola Atenuada E

Sarampión Atenuada E

Parotiditis Atenuada E

Hepatitis A Inactivada E

Hepatitis B Antígeno recombinante E

Gripe Subunidades E

Varicela Atenuada R

Fiebre amarilla Atenuada MR

Rabia Inactivada o recombinante viva MR

Viruela Atenuada MR

Encefalitis transmitida Atenuada MR por garrapatas

Bacteria o enfermedad Tipo Uso*

Difteria Antígeno toxoide** E

Tétanos Antígeno toxoide E

Tosferina Inactivada o acelular*** E

Hemophilus tipo b Polisacárido conjugado**** E

Pneumococo Polisacárido sin conjugar o Rconjugado

Meningococo tipo A y C Polisacárido sin conjugar o Rconjugado

Fiebre tifoidea Polisacárido y atenuada R

Tuberculosis Atenuada MR

Cólera Inactivada y toxoide inactivado MR por ingeniería genética

Tabla 12.Vacunas en usoactualmente enEspaña

* E: extendido; R: restringido MR: muy restringido.** Se refiere a la toxina producida por la bacteria, tratada química o genéticamente para inactivar su

actividad.*** La vacuna acelular es una mezcla de varios antígenos, incluyendo el toxoide.

**** Polisacárido de la cápsula bacteriana unido covalentemente a un componente proteico.

y/o terapéuticos (VIH, hepatitis C, caries, etc.). También se están utilizando las nue-vas tecnologías para desarrollar vacunas antiparasitarias, que no se han podidodesarrollar hasta ahora por los procedimientos tradicionales, debido, al menos engran parte, a la complejidad biológica de estos agentes infecciosos.

No cabe duda de que las vacunas han sido, y siguen siendo, los fármacos con me-jor resultado en la prevención de enfermedades infecciosas, cuando se considera larelación eficacia/precio. Gran parte de las vacunas que se utilizan hoy día masiva-mente en las inmunizaciones infantiles han conseguido reducir las enfermedades in-fecciosas frente a las que están diseñadas a niveles extremadamente bajos, o inclu-so indetectables en ciertos países. Esto ha ocurrido con una relación coste/beneficiomuy reducida, puesto que muchas de esas vacunas son de uso único (o casi único)y son capaces de crear protección para toda la vida. Por tanto, el impacto social y

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Virus o enfermedad Tipo Estado actual

Rotavirus Recombinante o atenuada Desarrollo

Citomegalovirus Atenuada Desarrollo

Gripe Recombinante o atenuada Desarrollo

Encefalitis transmitida Atenuada (ingeniería genética) Desarrollopor garrapatas

Herpes simplex Atenuada Investigación

Virus respiratorio sincitial Atenuada (ingeniería genética) Investigación

Parainfluenza tipo 3 Atenuada (ingeniería genética) Investigación

Dengue Atenuada (ingeniería genética) Investigacióno antígeno recombinante

Hepatitis C Antígeno recombinante Investigación

Virus «West-Nile» Antígeno recombinante Investigación

SARS Atenuada (ingeniería genética) Investigación o antígeno recombinante

VIH Recombinante o antígeno Investigación recombinante

Ébola Recombinante o antígeno Investigaciónrecombinante

Bacteria o enfermedad Tipo Estado actual

Caries dental Atenuada Investigación

Ántrax Atenuada o antígeno Investigación recombinante

Enfermedad de Lyme Antígeno recombinante Investigación

Parásito o enfermedad Tipo Estado actual

Malaria Antígeno recombinante o Desarrollopéptido sintético

Enfermedad de Chagas Antígeno recombinante Investigación

Toxoplasmosis Antígeno recombinante Investigación

Tabla 13.Vacunas en fase de

investigación/desarrollo

clínico de muchas de las vacunas disponibles es extremadamente positivo. Al mis-mo tiempo, y como otra cara de la misma moneda, las vacunas han dejado de tenerun interés comercial para la industria farmacéutica. El mercado de las vacunas enEEUU se estima alrededor de cinco mil millones de euros. Aunque esta cantidad pue-de parecer significativa, hay que resaltar que los costes de producción y controles decalidad/seguridad de las vacunas son extremadamente altos. Además, los costes deinvestigación y desarrollo de nuevas vacunas están en el límite superior de los nue-vos productos biotecnológicos. Por último, hay que destacar que algunas de las va-cunas (por ejemplo, VIH y malaria) son de aplicación más necesaria en países sub-desarrollados con economías pobres, que no van a poder pagar los precios de mer-cado establecidos por las compañías capaces de producirlas.

Así pues, el futuro de las vacunas biotecnológicas es incierto. Algunas de las em-presas implicadas en la producción de vacunas se han desinteresado de las mis-mas y otras han parado proyectos de investigación y desarrollo que estaban enmarcha. Este panorama puede cambiar en el futuro si se dan algunas circunstan-cias. En primer lugar, los aspectos sociosanitarios de vacunas frente a VIH o mala-ria, por citar los dos ejemplos más relevantes, harán que los gobiernos y organiza-ciones sanitarias como la OMS entren de lleno y de manera inmediata en el pro-blema, financiando los costes para la investigación y el desarrollo de esas vacunas.En segundo lugar, la consecución de vacunas de amplio uso frente a enfermeda-des tales como el cáncer o las alergias, ampliará el mercado de tales productos ypotenciará el interés de las industrias farmacéuticas por las vacunas. Esto puedetener repercusión en el campo de las vacunas en general, puesto que la inversiónen tecnología para obtener una nueva vacuna se puede utilizar también para obte-ner otras que, desde el punto de vista económico, sean menos rentables. La va-cunación, cuyo impacto en el control de las enfermedades infecciosas ha sido ex-tremadamente relevante, tendrá un futuro aún más importante. La biotecnología,por tanto, tiene un potencial no solo económico en este campo sino también so-ciológico y sanitario que no se puede olvidar.

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n Una vacuna es un agente infeccioso (un microorganismo, una parte de él o unproducto derivado del mismo) modificado para ser capaz de producir la máximarespuesta inmune protectora en un individuo sano, con la mínima capacidad deproducirle una sintomatología adversa. La máxima optimización de estos dosparámetros constituye uno de los objetivos en la investigación y desarrollo denuevas vacunas o mejora de las existentes.

n Las vacunas clásicas se han basado en la atenuación del agente infeccioso me-diante inactivación física o química o mediante propagación en cultivo. Tambiénse utilizan vacunas por extracción y separación de los componentes del agenteinfeccioso. Existen vacunas de segunda generación más seguras, como las ba-sadas en péptidos sintéticos o las vacunas antiidiotípicas, que mimetizan el an-tígeno inmunizante original.

n La ingeniería genética permite producir antígenos recombinantes que, una vezpurificados, sirvan como vacunas; también permite la atenuación del agente in-feccioso mediante eliminación o mutación de genes necesarios para la virulen-cia. Virus o bacterias no patógenas se pueden utilizar como vehículos de vacu-nación al introducir en su genoma genes de otro agente infeccioso.

3.3.2. INMUNOTERAPIA TUMORAL Se define la inmunoterapia como todo intento de manipular el sistema inmune deun individuo para intentar la curación de una enfermedad. Aunque generalmente seasocia el término al tratamiento del cáncer, la inmunoterapia puede extenderse aun buen número de patologías, desde las puramente infecciosas hasta las asocia-das a los trasplantes o a patologías autoinmunes. Las estrategias de inmunotera-pia pueden ser pasivas, en las que se administra al individuo un compuesto bioló-gico con determinada actividad, o activas, en las que se moviliza el propio sistemainmune del paciente con algún preparado antigénico.

A lo largo del siglo XX ha existido una gran controversia acerca del papel del sistemainmune en el control y la eliminación de las células tumorales. El concepto de vigi-lancia inmunológica surgió a principios del siglo pasado cuando Paul Ehrlich postulóque las células tumorales se originaban con mucha frecuencia y que, normalmente,eran eliminadas por los mecanismos inmunes del hospedador. Medio siglo después,Burnet utilizó el término vigilancia inmunológica para definir un estado de control me-diante el cual el sistema inmune del huésped reconocería antígenos en los tumoresemergentes (Ag tumorales) y los eliminaría antes de que llegasen a ser clínicamenteevidentes. Según esta hipótesis la progresión del cáncer sería un suceso infrecuen-te en el que el tumor escapa del control ejercido por el sistema inmune.

Sin embargo, la hipótesis de la vigilancia inmunológica ha sido muy cuestionada. Unode los principales obstáculos para validar esta teoría ha sido la dificultad para identi-ficar Ag tumorales específicos, puesto que la mayoría de los antígenos expresadosen las células tumorales son moléculas propias, ignoradas por el sistema inmune. Enlos últimos años, gracias a la contribución de la biotecnología, se han descrito nu-merosos Ag expresados por células tumorales, denominados antígenos asociados atumor (AAT), que son reconocidos específicamente por el sistema inmune.

Dada la frecuencia de alteraciones en las proteínas de las células tumorales comoresultado del proceso de trasformación oncológica por el que una célula normal sevuelve tumoral (mutaciones, traslocaciones cromosómicas, etc.), los linfocitos T es-tán especialmente dotados para reconocer y eliminar células cancerosas. A pesarde la profunda diferencia en el modo de reconocimiento molecular del Ag, las dos

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n Es posible la vacunación con ácidos nucleicos mediante inoculación de un frag-mento de ARN, de ADN o un plásmido, que codifique el antígeno de interés; elácido nucleico, una vez dentro del organismo, mimetiza lo que sucede duranteuna infección viral.

n Además de las vacunas preventivas, se están desarrollando vacunas terapéuti-cas frente a enfermedades infecciosas, cáncer, alergias y enfermedades autoin-munes, entre otras.

n El mercado potencial de algunas vacunas (VIH o malaria) son los países pobres,por lo que las empresas farmacéuticas no invierten en el desarrollo de estas va-cunas; se espera un resurgir próximo derivado del apoyo de los gobiernos y lasorganizaciones internacionales.

ramas del sistema inmune (la humoral y la celular) cooperan estrechamente en laeliminación de elementos nocivos para el organismo. Por ello, es frecuente obser-var en pacientes con neoplasias la presencia de anticuerpos que reconocen antí-genos expresados por el tumor.

El control que ejercen los linfocitos T sobre las células cancerosas emergentes noes eficaz ya que la mayoría de los antígenos tumorales son reconocidos como pro-pios. Además, debido a su inestabilidad genética, las células tumorales desarrollandiversos mecanismos para evitar la respuesta inmune, por ejemplo, mediante dis-minución o pérdida de expresión de moléculas coestimuladoras y/o de moléculasdel complejo principal de histocompatibilidad (MHC). Como la activación o inhibi-ción de las células T también depende de la ausencia o presencia de moléculas in-munomoduladoras (citoquinas y quimioquinas) en el microambiente, las células tu-morales también pueden afectar negativamente a su maduración y función me-diante la secreción de una variedad de estas moléculas. Asimismo, los tumorespueden bloquear la actividad citotóxica de los linfocitos T, mediante la sobreexpre-sión de proteínas que inactivan las proteasas que liberan, o escapar a la muerte ce-lular por apoptosis inducida por las células T.

Se han desarrollado estrategias de inmunoterapia no específica basadas en la esti-mulación del sistema inmune con agentes bacterianos (bacilo de Calmette-Guérin,

97

Figura 10.Estrategias deinmunoterapiaantitumoral

INMUNOTERAPIA CONANTICUERPOS

Linfocito T

Anticuerpobiespecífico

Célulatumoral

Anticuerpo Monoclonal(AcMo) anti-AAT

INMUNOTERAPIA ADOPTIVA

Expansión in vitrode células inmunes

efectoras

Receptorquimérico citoquina

Modificacióngenética

Célulatumoral

VACUNACIÓN CONCÉLULAS TUMORALES

Linfocito T

Moléculacoestimuladora

Célula tumoralmodificada genéticamente

Linfocito T

DCélula

tumoral

Céluladendrítica

VACUNACIÓN CONCÉLULAS DENDRÍTICAS

C

A B

(A) Administración de AcMo monoespecíficos frente a un antígeno asociado a tumor (AAT), o biespe-cíficos capaces de unir una molécula diana en la célula tumoral y una molécula activadora de una cé-lula del sistema inmune. (B) Transferencia al individuo que presenta un tumor de células inmunes es-pecíficas expandidas in vitro (células TIL), o células modificadas genéticamente para expresar citoqui-nas o receptores quiméricos con especificidad antitumoral. (C) Vacunación con células tumoralesmodificadas genéticamente para incrementar su inmunogenicidad. (D) Vacunación con células dendrí-ticas que incorporan substancias antigénicas.

Corynebacterium parvum) o con citoquinas (IL-2, interferones). Así, la administraciónde IL-2 a pacientes con melanoma o con carcinoma metastásico de células renalesha dado resultados esperanzadores. En las últimas décadas se han realizado gran-des esfuerzos para desarrollar protocolos de inmunoterapia tumoral. El objetivo deestos protocolos es la estimulación del sistema inmune contra el tumor, venciendolos mecanismos de escape a la vigilancia inmunológica de las células tumorales. Pa-ra ello se han utilizado varios procedimientos que se resumen en la figura 10.

Inmunoterapia con anticuerposConsiste en la administración de AcMo dirigidos contra antígenos asociados a tumo-res (figura 10A) con el objetivo de inducir una respuesta inmune que elimine específi-camente las células tumorales. Se están utilizando diversas estrategias para obteneruna mayor eficacia, tales como las inmunotoxinas, los radioconjugados y los anticuer-pos biespecíficos (descritos en el apartado 3.2.2). Actualmente, existen en el mercadovarios AcMo dirigidos contra antígenos tumorales (ver tabla 11 en el apartado 3.2.2).

Inmunoterapia adoptivaConsiste en transferir al individuo que presenta un tumor células inmunes con ca-pacidad de eliminar las células tumorales (figura 10B). Se han realizado varios en-sayos basados en la expansión ex vivo y reinfusión de células inmunes específicas(células T) o no específicas (células NK, Natural Killer, población linfoide capaz deeliminar células tumorales y células infectadas por virus), obtenidas del tumor (lin-focitos infiltrantes del tumor, TIL) o de sangre periférica (sangre de fácil acceso pa-ra su extracción que no va por las vías centrales del sistema circulatorio). La trans-ferencia adoptiva se suele combinar con la administración de IL-2 para facilitar laproliferación de los linfocitos. La mayoría de estas terapias han sido ensayadas enhumanos, consiguiéndose en muchos casos la inducción de una respuesta inmu-ne frente al tumor, la regresión tumoral (reducción del tumor) y el incremento de lasupervivencia del paciente y del período en que éste está libre de enfermedad trasel tratamiento. Sin embargo, las respuestas observadas son muy variables y, en ge-neral, sólo se obtienen resultados favorables en pacientes con determinados tiposde cáncer. Así, en pacientes con melanoma metastático el tratamiento con TIL eIL-2 consiguió la regresión de las metástasis en un 38% de los pacientes.

Entre las nuevas estrategias de inmunoterapia, más eficaces y universales, desta-can las que tienen por objeto la estimulación de las células T frente al tumor me-diante la utilización de anticuerpos biespecíficos (ver apartado 3.2.2). Se han dise-ñado anticuerpos biespecíficos capaces de unir una molécula diana en la célula tu-moral (antígeno tumoral) y una molécula activadora de una célula del sistemainmune (figura 10A). Con el objetivo de incrementar la actividad antitumoral de lascélulas T se han desarrollado distintos protocolos de modificación génica para queexpresen los genes de los factores TNF-α, IFN-γ o IL-6 (figura 10B). La principal li-mitación de estos sistemas es conseguir niveles adecuados de secreción de estos

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productos. El tratamiento con TIL secretores de TNF-α ha causado efectos se-cundarios y sólo en un paciente se ha observado respuesta clínica positiva.

Otro abordaje consiste en redirigir la especificidad de la célula efectora mediante la uti-lización de receptores quiméricos31 (RQ). Los RQ normalmente están formados poruna región de reconocimiento de un Ag tumoral (que dirige la célula efectora hacia eltumor), unida a una porción del receptor de células T que se encuentra en el interiorde la célula y tiene capacidad de transducir32 señales de activación similares a las quedesencadenan las células T en la respuesta inmune celular (figura 10B). La efectividadde los RQ se ha demostrado en modelos murinos, en los que células T autólogas (delpropio animal), transducidas ex vivo con un gen que codifica para un RQ específicode tumor, se localizan en las áreas tumorales, siendo capaces de impedir su creci-miento e incluso de mediar la regresión total. La prometedora actividad antitumoral deesta estrategia ha llevado a iniciar ensayos clínicos (fase I/II) para estudiar su poten-cial en pacientes con cáncer de colon avanzado y cáncer renal metastático.

Vacunación con células tumoralesLa primera generación de vacunas para el tratamiento del cáncer consistía en cé-lulas tumorales viables irradiadas para anular su capacidad proliferativa, con el ob-jetivo de inducir respuestas linfocitarias policlonales, es decir, producción de múlti-ples anticuerpos. Se usaban células tumorales autólogas o líneas celulares. Con elmismo objetivo, también se han utilizado extractos de células tumorales o proteí-nas purificadas o recombinantes sobreexpresadas en el tumor, como el antígenocarcinoembrionario (CEA). Más recientemente se han utilizado células tumoralesmodificadas genéticamente para incrementar su capacidad de inducir una res-puesta inmune. Así, se han introducido en células tumorales los genes de citoqui-nas inmunoestimuladoras (IL-2, GM-CSF o IFN-γ), de moléculas coestimuladoras(como la familia B7, necesaria, además del antígeno, para la estimulación de los lin-focitos T) y de antígenos tumorales (figura 10C).

En pacientes con linfoma B o mieloma, la inmunización con la inmunoglobulina idio-típica (anticuerpo producido con especificidad contra el antígeno del tumor), indu-ce respuestas humorales y celulares específicas. También se está evaluando la efi-cacia de los AcMo que reconocen el idiotipo33 de un AcMo contra el antígeno aso-ciado al tumor (AAT). Estos anticuerpos antiidiotipo mimetizan el epítopo original delAAT y originan respuestas humorales anti-AAT.

Vacunación con células dendríticasLas células dendríticas son células originadas en la médula ósea que se distribu-yen en todos los tejidos del organismo, donde son capaces de percibir la incursión

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31 Proteínas híbridas formadas por fusión de fragmentos de diferentes proteínas.32 El fenómeno de transducción consiste en transferir al interior de la célula una señal recibida en elexterior, de forma que se desencadenen los efectos correspondientes.33 La parte del anticuerpo que se une al antígeno.

de patógenos a través de receptores que reconocen componentes microbianos,induciendo la respuesta del sistema inmune contra ellos. Posteriormente, las célu-las dendríticas trasladan la información adquirida a otros elementos del sistema in-mune, fundamentalmente linfocitos T, que inician los procesos de erradicación delpatógeno. Esta capacidad de detectar la presencia de señales amenazantes parala integridad tisular no se limita a las provenientes del mundo microbiano, sino quese extiende a las derivadas del estrés celular y metabólico provocadas por el cre-cimiento de tumores. De esta forma, las células dendríticas son, junto con los lin-focitos, elementos importantes en el control inmunitario del crecimiento tumoral.

Las células dendríticas pueden obtenerse en cantidades razonables, generalmen-te por diferenciación inducida in vitro tras cultivar determinados tipos de célulasprecursoras34 obtenidas de la sangre. Las células dendríticas así generadas pue-den incorporar substancias antigénicas añadidas al cultivo y desarrollar todo su po-tencial inductor de respuesta inmune contra esas sustancias antigénicas cargadas,o sus células portadoras, cuando se reinyectan en el individuo (figura 10D). Se handesarrollado diferentes métodos para cargar las células dendríticas con los antíge-nos apropiados: incubación con péptidos, proteínas, ARN, lisados celulares o cé-lulas tumorales apoptóticas; fusión con células tumorales para generar híbridos cé-lula dendrítica/tumoral; o transfección35 con vectores virales que les confieran la ex-presión de antígenos tumorales, citoquinas u otros factores que aumenten sufuncionalidad. Esta inmunización vehiculada por células dendríticas es una de lasalternativas más prometedoras en los intentos de aplicar la inmunoterapia en de-terminados contextos patológicos, especialmente en el campo de los tumores.

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34 Las distintas células funcionales de la sangre se producen, por procesos de diferenciación, a partirde células precursoras presentes en la médula ósea y, en menor medida, en la sangre.35 Introducción de ADN en una célula en cultivo, que se ha permeabilizado mediante diferentesmétodos.

n La inmunoterapia se basa en la manipulación del sistema inmune de un indivi-duo para intentar la curación de una enfermedad (cáncer, patologías infecciosas,autoinmunes, asociadas a trasplantes, etc.).

n Las células tumorales expresan antígenos asociados al tumor que son reconocidosespecíficamente por el sistema inmune, conduciendo a la eliminación de la célula.

n Existen diversas estrategias de inmunoterapia tumoral, como la utilización de an-ticuerpos monoclonales dirigidos contra antígenos tumorales o la administraciónde linfocitos con capacidad de eliminar las células tumorales (inmunoterapiaadoptiva). Mediante manipulación genética se puede mejorar la actividad antitu-moral de los linfocitos.

n También se puede inducir una respuesta inmune mediante vacunación con cé-lulas tumorales (modificadas genéticamente o no) y con células dendríticas, queactúan como vehículos presentadores de un antígeno tumoral.

n Estas estrategias son muy prometedoras para el tratamiento clínico personaliza-do de distintos tipos de cáncer, sobresaliendo entre ellas la estimulación de larespuesta inmune con células dendríticas «activadas» contra el tumor.

3.4. La modificación del programagenético

Además de poder utilizar los genes como base para el diagnóstico molecular o pa-ra producir proteínas recombinantes terapéuticas, el material genético puede sermodificado en su entorno fisiológico (dentro de la célula) con diversos propósitos.Las tecnologías que permiten modificar o modular el programa genético en una cé-lula, o en un organismo, tienen en común la utilización de algún tipo de ácido nu-cleico que, una vez introducido en la célula, es capaz de inducir un cambio espe-cífico a nivel genético. El propósito que se persigue con este tipo de manipulaciónpuede ser muy diverso, desde su uso como herramienta de trabajo para el estudiode la funcionalidad de un sistema en el entorno más natural posible, hasta su apli-cación con carácter terapéutico (terapia génica). Su utilización como herramientade investigación básica resulta fundamental en la actualidad, especialmente cuan-do se realizan estudios in vivo en sistemas altamente complejos como los biológi-cos, donde una parte importante de las variables influyentes sigue siendo desco-nocida. Su aplicación en el ámbito terapéutico es especialmente atractiva y rele-vante. La secuenciación completa del genoma humano y la elucidación de un grannúmero de rutas moleculares involucradas directamente en diversas patologíasproporcionan una oportunidad sin precedentes para el desarrollo de nuevos con-ceptos terapéuticos basados en la reposición funcional de genes inhábiles o en elbloqueo de la actividad de otros nocivos.

A continuación se describen cuatro aspectos de especial importancia. El primerode ellos es el uso de oligonucleótidos, los ácidos nucleicos de menor tamaño, co-mo agentes moduladores capaces de alterar la productividad de genes que estánen proceso de expresión. Posteriormente, se analiza la utilización de sistemascompletos de expresión génica (un gen y sus componentes reguladores), que per-miten la introducción de nuevos genes funcionales con posibilidad de ser regula-dos externamente. El tercer apartado se centra en los sistemas que permiten eltransporte de estas moléculas complejas al interior celular (vectores de transfe-rencia génica), para que puedan realizar su función. Finalmente, el último aparta-do se dedica a las tecnologías que permiten la modificación permanente de ge-nes en la línea germinal para obtener organismos descendientes modificados ge-néticamente.

3.4.1. OLIGONUCLEÓTIDOS COMOMODULADORES DE LA EXPRESIÓN GÉNICALa idea de utilizar ácidos nucleicos exógenos como moduladores de la expre-sión génica surgió a finales de los años setenta y se desarrolló inicialmente conlos oligonucleótidos antisentido, capaces de bloquear la expresión de un gen anivel transcripcional o postranscripcional. El diseño de estas moléculas se ba-

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sa en la obtención de una secuencia nucleotídica (ADN o ARN) complementa-ria de un gen específico (estrategias antigén) o de su ARN mensajero (estrate-gias de desestabilización de ARNm), con el fin de impedir la aparición de suproducto funcional, es decir, la proteína concreta. Dentro de la primera catego-ría, las herramientas más desarrolladas son los denominados oligonucleótidosformadores de triple hélice, oligonucleótidos sintéticos capaces de reconocersecuencias específicas de doble hélice e hibridar con ellas dando lugar a la for-mación de una triple hélice estable; de este modo se impide el desenrollamien-to y la separación de las hebras del ADN necesarias para su transcripción, o launión de factores de transcripción.36 En ésta última línea de actuación tambiénse encuentran los señuelos de ADN, pequeñas moléculas de ADN de doble he-bra con una secuencia específica capaz de reconocer los factores de trans-cripción. Su presencia sirve de reclamo, secuestrando estos factores e impi-diendo que se unan a sus lugares específicos de acción en el genoma, blo-queando así su función.

Las estrategias basadas en la desestabilización del ARN mensajero son más abun-dantes y están más desarrolladas, aparte de tener mayor potencial como herra-mienta de investigación o como agente terapéutico. Los primeros en desarrollarsefueron los ya mencionados oligonucleótidos antisentido, diseñados como secuen-cias complementarias de un ARN mensajero. Los complejos estables que formanestas moléculas tras su hibridación actúan bien bloqueando la maduración delARN recién transcrito a ARN mensajero, bien impidiendo su traducción a proteína,o bien induciendo directamente su destrucción por nucleasas endógenas (enzimasque degradan ácidos nucleicos), como la ARNasa H. El mismo objetivo de des-trucción específica del mensajero es el que persiguen las ribozimas y las ADNzimas(desoxirribozimas). Se trata de pequeñas moléculas de ARN o ADN de una sola he-bra, capaces de reconocer y unirse específicamente a una secuencia de ARN men-sajero concreta y catalizar su destrucción. Presentan una capacidad enzimática es-pecífica de secuencia y son, por ello, potencialmente más eficaces que los oligo-nucleótidos antisentido. También se ha desarrollado el concepto de bloqueo de latraducción mediante los señuelos de ARN, diseñados para secuestrar componen-tes de la maquinaria de traducción.

Merecen una mención especial los miembros más recientes de esta categoría, losARN de interferencia (ARNi). Se trata de moléculas pequeñas (21-23 pares de ba-ses) de ARN de doble hebra, con capacidad para bloquear específicamente la ex-presión de un gen al destruir su ARN mensajero por estimulación de una maqui-naria específica de procesamiento. Están basados en un mecanismo natural de si-lenciamiento génico que está resultando ser más frecuente de lo que inicialmentese consideró. De hecho, las moléculas naturales que lo utilizan, los denominadosmicroARN, regulan la expresión de más de un tercio de las regiones del genomahumano que codifican genes de expresión. La utilización de este tipo de estructu-ras, bien como productos de síntesis química o bien incluidos en vectores de ex-

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36 Reguladores proteicos naturales de la expresión génica que, mediante su unión a regionesespecíficas del ADN, activan la transcripción de un gen.

presión para permitir una mayor continuidad de su efecto, está generando grandesexpectativas terapéuticas.

No todas las estrategias se basan en el bloqueo a diferente nivel del proceso deexpresión génica. Existen también aproximaciones basadas en el diseño de oli-gonucleótidos que pueden inducir cambios a nivel genómico por inducción deprocesos de recombinación génica o por el disparo de una alerta interna queobliga a actuar a la maquinaria natural de reparación del ADN. Estas nuevas es-trategias pueden ser utilizadas tanto para reparar in situ daños a nivel génico co-mo para generar mutaciones con propósitos definidos. Dentro de estas últimas,se encuentran las quimeras ADN-ARN que han dado lugar a un nuevo conceptoterapéutico denominado quimeroplastia que, aunque ha conseguido resultadosespectaculares a nivel experimental, todavía está lejos de demostrar su eficaciaen la clínica.

Actualmente se está trabajando en modificaciones que incrementan la estabilidady/o afinidad de los oligonucleótidos y, con ello, su eficacia. Es el caso de los fosfo-rotioato-oligonucleótidos, que sustituyen átomos de oxígeno en el grupo fosfatopor sulfuros, los ácidos péptido-nucleicos, que sustituyen la unión fosfodiéster porun esqueleto peptídico, o los morfolino-oligonucleótidos. En todos ellos, las es-tructuras resultantes son altamente resistentes al ataque por nucleasas.

Se están llevando a cabo diversos ensayos clínicos para evaluar la capacidadterapéutica de estas estrategias moleculares; fundamentalmente se basan enla utilización de oligodesoxinucleótidos antisentido en cáncer (bloqueando laexpresión de oncogenes como K-ras, IGF-1, c-fos, c-myc, BCR/ABL o EGFR),o en la aplicación de ribozimas a enfermedades infecciosas como el SIDA (ta-bla 14). Se trata de opciones interesantes porque se basan en estructuras re-lativamente sencillas de obtener (por síntesis química o biología molecular), encantidades elevadas, estables, fácilmente manipulables y que utilizan mecanis-mos naturales para llevar a cabo su actividad terapéutica. La FDA aprobó en1998 el primer oligonucleótido antisentido para uso terapéutico, el Vitraven® deCiba Vision para el tratamiento de la retinitis por citomegalovirus en pacientescon SIDA.

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3.4.2. UNIDADES AUTÓNOMAS DE EXPRESIÓNGÉNICA

Otra opción que permite modificar la expresión génica es la introducción de genescompletos en estructuras funcionales autónomas que permiten regular su expre-sión de forma específica. Generalmente, estas estructuras suelen ser de tipo plas-

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Nombre Compañía Indicación

GEM® 92 Hybridon Infección por HIV

ISIS 104838 Isis Pharmaceuticals Artritis reumatoide

Affinitak™ Isis Pharmaceuticals Cáncer de pulmón no microcítico

GEM® 231 Hybridon Tumores sólidos

Genasense® Aventis/Genta Leucemia mieloide aguda, leucemia linfoide crónica, melanoma maligno, mieloma múltiple

GTI 2040 Lorus Therapeutics Cáncer de mama metastásico, leucemia mieloide aguda, cáncer de riñón

LEP-ETU NeoPharm Cánceres avanzados de mama, pulmón y ovario

LErafAON NeoPharm Cánceres avanzados, incluyendo de páncreas

ISIS 301012 Isis Pharmaceuticals Colesterol elevado

Resten-MP y AVI BioPharma Restinosis cardiovascularResten-NG

ISIS 113715 Isis Pharmaceuticals Diabetes tipo 2

Alicaforsen Isis Pharmaceuticals Enfermedad de Crohn, colitis ulcerativa

Kappaproet Serono Colitis ulcerativa

ISIS 14803 Isis Pharmaceuticals Hepatitis C

AVE-7279 Aventis Asma

Tabla 14.Oligonucleótidos

antisentido enensayos clínicos

Fuente: US Food and Drug Administration.

n Utilizando oligonucleótidos se puede bloquear la expresión de un gen impidien-do la síntesis de la proteína que codifica.

n Los oligonucleótidos antisentido bloquean la transcripción del ARNm al formaruna triple hélice. Las ribozimas y los ARN de interferencia destruyen el ARNm,bien por su actividad enzimática o por inducción de los sistemas de procesa-miento de ARNm.

n Nuevos oligonucleótidos pretenden reparar daños genéticos in situ o generarmutaciones definidas. También se está intentando mejorar la eficacia mediantemodificaciones que aumenten la estabilidad y afinidad de los oligonucleótidos.

n Los oligonucleótidos antisentido constituyen una importante tecnología en de-sarrollo; existe ya uno aprobado por la FDA y quince en ensayos clínicos conaplicaciones en oncología, enfermedades autoinmunes e infecciosas, funda-mentalmente.

mídico (ADN bicatenario y circular), aunque pueden ser de diversa naturaleza ycomplejidad, hasta llegar a la creación de los denominados cromosomas artificia-les, que permiten incorporar una cantidad elevada de material genético con capa-cidad de perpetuación en el tiempo. El propósito, nuevamente, es el de producirun efecto fisiológico, bien reemplazando un gen defectuoso o bien introduciendouna nueva actividad (por ejemplo, citotóxica, inductora de apoptosis o inmunoes-timulante) que frene una patología o elimine células dañadas. La eficacia del siste-ma va a depender no sólo de la cuidadosa selección del gen a introducir (efector),sino también de los elementos que condicionan su expresión (soporte) y del vehí-culo utilizado para su transporte (vector de transferencia).

El efector que se utilice dependerá del efecto que se persiga. Si se pretende com-pensar, sustituir o reparar un gen dañado, el efector ha de ser una copia intacta delgen. Si se pretende inducir un efecto biológico concreto (eliminar específicamenteun tipo de células, bloquear la expresión de un virus, inducir una respuesta inmu-ne...), se pueden introducir genes naturales que potencien dicho efecto o genesque originen nuevas actividades que produzcan el efecto perseguido. Es el caso,por ejemplo, de los genes suicida en la denominada terapia con enzimas procesa-doras de prodrogas. Consiste en la introducción de genes que codifican enzimascapaces de convertir un sustrato inocuo (prodroga) en una potente droga citotóxi-ca. El sistema más utilizado es el del gen de la timidina quinasa del virus de Her-pes Simplex (HSV), que convierte el glanciclovir en su derivado tóxico glanciclovirtrifosfato que, además, es capaz de afectar a las células adyacentes no transduci-das, aumentando su eficacia por el denominado efecto bystander (también descri-to en el apartado 3.2.2 con anticuerpos conjugados).

El soporte es la base para el control de la expresión del transgén e incluye distintostipos de elementos reguladores. El primero y fundamental es el promotor, la zona dela cadena de ADN anterior al gen donde se recluta la maquinaria de transcripción.La naturaleza del promotor condiciona el tipo de regulación de la expresión génica.Así, se pueden utilizar promotores constitutivamente activos o promotores específi-cos, que sólo son activos en un tipo celular concreto. De la misma manera, se pue-den emplear promotores inducibles, que requieren la presencia de un elemento con-creto para ejercer su función. Este puede ser un agente de adición exógena (con-trol externo) o un agente determinado por características fisiológicas concretas (porejemplo, los promotores sensibles a situaciones de hipoxemia37). Existen otros ele-mentos del soporte de diversa importancia, dependiendo de la funcionalidad perse-guida. Entre ellos se encuentran potenciadores y represores de los promotores, se-cuencias de aislamiento (que evitan la influencia de secuencias reguladoras próxi-mas), secuencias de integración (para permitir la inclusión del material exógenodentro del genoma de la célula hospedadora), secuencias de recombinación homó-loga (para permitir el intercambio de material genético con el genoma hospedadoren una región específica), secuencias de empaquetamiento (para introducir el ma-terial genético en el interior de un vector viral), o secuencias inmunoestimuladoras

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37 Disminución de la concentración de oxígeno en la sangre o en los tejidos por debajo del nivelfisiológico.

(secuencias que sirven como coadyuvantes en las vacunas de ADN).

3.4.3. VECTORES DE TRANSFERENCIA GÉNICA

Los sistemas de transporte del material genético son actualmente el cuello de bo-tella que está limitando el éxito funcional de la denominada terapia génica (la utili-zación de material genético con capacidad terapéutica). Ellos son los encargadosde asegurar la estabilidad del material genético transportado y de vencer todas lasbarreras biológicas hasta alcanzar su destino final, el núcleo de la célula diana.También de ellos va a depender la vía de administración que hay que seleccionar.

Son muchas las barreras biológicas que salvar, muy diversos los materiales a trans-portar y aún más diversas las situaciones patológicas en las que potencialmente sepuede aplicar la terapia génica. Por todo ello, la obtención de un vector de transporteque satisfaga todos los requisitos es prácticamente una quimera, debiendo desarro-llarse una amplia diversidad de vectores para cubrir todas las opciones posibles. En-tre las barreras más importantes que un vector ha de solventar en su camino haciasu destino funcional se incluyen la estabilidad en el medio extracelular (para evitar sueliminación y degradación), el reconocimiento de la célula diana (generalmente me-diante un receptor específico), su unión a la membrana, su internalización en la célu-la (normalmente utilizando un sistema de transporte vesicular como la endocitosis),el escape de los sistemas de degradación intracelular (lisosomas) y su entrada finalen el núcleo, donde debe desmantelarse para permitir que el material genético quetransporta gane acceso a su ubicación final y a la maquinaria de transcripción.

Estas mismas barreras son las que se encuentran en la naturaleza los transportado-res naturales de material genético, los virus, que se dedican a introducirlo en las cé-lulas a las que invaden, controlando su programa genético. Por esta razón los pri-meros diseños de vectores de transferencia génica se han basado en mimetizar a losvirus, ya que ellos llevan millones de años evolucionando en su misión de invasorescelulares. La modificación de un virus para adaptarlo al transporte de material gené-tico heterólogo es la estrategia adoptada por los denominados vectores virales. Pa-ra transformar un virus en un vector de transferencia con potencialidad terapéutica,el primer paso es seleccionar el organismo adecuado en función del uso que se lequiera dar. Esto supone considerar variables como su tamaño, capacidad de trans-porte, especificidad celular o capacidad de integración en el genoma de la célula in-

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n Se puede reparar un gen defectuoso o introducir una nueva actividad (citotóxi-ca, inmunoestimulante, etc.) utilizando estructuras que contienen un gen juntocon elementos reguladores.

n Dentro de los elementos reguladores se pueden utilizar diferentes tipos de pro-motor (secuencia de ADN que recluta la maquinaria de transcripción). Los pro-motores constitutivos están siempre activos, los inducibles requieren un agenteexterno o unas condiciones fisiológicas para ser activos, mientras que los espe-cíficos sólo son activos en un tipo celular.

fectada. En cualquier caso, debe de ser un virus poco patológico en humanos y debaja inmunogenicidad. Una vez seleccionado, ha de modificarse para bloquear sucapacidad de propagación, eliminando los genes responsables de su replicación.Normalmente, se suelen establecer líneas celulares que incorporan parte del geno-ma vírico y que permiten completar el ciclo reproductivo del virus cuando son trans-fectadas (se les introduce un ADN exógeno) con plásmidos que incorporan el mate-rial genómico complementario. Estas líneas celulares se denominan empaquetado-ras y son las herramientas de producción de los vectores virales, ya que permitenensamblar la partícula pseudoviral y «empaquetar» en su interior el material génico atransportar. El siguiente paso en el proceso de obtención de un vector viral consisteen la eliminación de parte del genoma viral para crear espacio donde introducir el ma-terial terapéutico (el gen o los genes, más los elementos de control).

En general, los vectores virales presentan como ventaja su gran eficacia de trans-ferencia y la posibilidad, en algunos casos, de integrar el transgén en el genoma dela célula hospedadora. Sin embargo, poseen importantes limitaciones que incluyensu falta de especificidad celular, la limitación del tamaño en el material genético aincorporar (debido a que han de empaquetarlo en la cápsida), su elevada inmuno-genicidad y, sobre todo, el riesgo biológico que conllevan (reconstitución de partí-culas replicativas por recombinación genética y oncogenicidad inducida por inte-gración inespecífica).38 Aunque la lista de vectores virales es cada día más amplia,a continuación se describen los de uso más frecuente.

Los vectores retrovirales fueron los primeros en ser desarrollados y aplicados en en-sayos clínicos. Los retrovirus se seleccionaron por su elevada eficacia para transferirmaterial genético a un gran número de tipos celulares, su capacidad de integraciónen el genoma de la célula infectada y su baja inmunogenicidad y patogenicidad, conexcepciones como el virus del SIDA (VIH, virus de inmunodeficiencia humana). Lamayoría de ellos derivan del virus de la leucemia murina (MuLV). Se puede eliminaruna gran parte del genoma retroviral, maximizando la capacidad de incorporación dematerial genético heterólogo (de otro organismo), aunque ésta no es muy elevada (7-8 kb).39 Su mayor limitación reside en el hecho de que sólo son capaces de trans-ducir (integrar el ADN viral en el genoma de la célula huésped) eficazmente célulasen división, lo que impide utilizarlos con células madre hematopoyéticas40 quiescen-tes (que no están en división), aunque, por otro lado, esto es una ventaja para el tra-tamiento de patologías oncológicas debido al elevado nivel de proliferación de las cé-lulas transformadas. La utilización de vectores derivados de otro tipo de retrovirus,los lentivirus (VIH, VIS, etc.), que sí son capaces de infectar e integrarse en célulasquiescentes, abre nuevas posibilidades a estos vectores, aunque los riesgos inhe-rentes al uso de los mismos están retrasando su utilización en ensayos clínicos.

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38 Esta posibilidad se debe al riesgo que existe de que el gen al insertarse, dado que el sitio de inserciónen el genoma puede ser cualquiera, altere la funcionalidad de algún gen que contribuya a latransformación de la célula en tumoral.39 Kilobase: mil bases.40 Células capaces de dar lugar a todos los tipos celulares diferenciados, con distintas funciones, deltejido sanguíneo.

El segundo grupo de vectores, por frecuencia de uso, lo constituyen los vectoresadenovirales, derivados de adenovirus humanos de los serotipos 2 y 5, que son losmás inocuos. Se trata de virus de mayor tamaño que los retrovirus y con una ca-pacidad de transporte cercana a las 36 kb, conseguida en los vectores de últimageneración. Además, poseen una gran eficacia de transducción, tanto en célulasen división como en estado quiescente. Son muy estables, pero tienen las limita-ciones de su alta inmunogenicidad y su incapacidad para integrarse.

El tercer grupo en importancia lo forman los denominados vectores adenoasocia-dos. Derivan de un tipo de parvovirus humano no patológico que, aunque con unacapacidad de transporte muy limitada (4,5 kb), presenta la gran ventaja de podertransducir células, independientemente de su estado de proliferación, e integrarseen ellas en una ubicación específica (el brazo q del cromosoma 19), eliminando laposibilidad de mutagénesis insercional (dar lugar a células transformadas al inte-grarse al azar en regiones promotoras que activan la transcripción de determina-dos genes). Son vectores muy prometedores, aunque su producción es tediosa ydepende de la presencia de un virus de apoyo (de ahí su nombre), como los ade-novirus y los herpexvirus, que posteriormente ha de ser eliminado.

La alternativa a los vectores virales la constituyen los llamados vectores no virales,que pretenden mimetizar el proceso natural de introducción de material genéticoen una célula, utilizando estructuras sintéticas y, por lo tanto, conocidas y contro-lables. Los vectores no virales presentan, en general, una eficacia inferior a la delos virales. No obstante, destacan por su facilidad de manipulación, mayor estabi-lidad, especificidad celular, capacidad transportadora casi ilimitada, menor inmu-nogenicidad y, sobre todo, mayor seguridad biológica. Además, se pueden diseñarconsiderando otros aspectos más prácticos, como la capacidad de producción agran escala, el coste, la capacidad y estabilidad de almacenamiento, su reprodu-cibilidad o la facilidad de su caracterización.

Los vectores no virales más avanzados son, sin duda, los denominados lipoplexes,siendo los mas conocidos los liposomas catiónicos.41 Inicialmente se aplicó la tec-nología de los liposomas buscando la similitud con otras formulaciones farmacéu-ticas, tratando de aprovechar la experiencia acumulada en sistemas de encapsu-lación de pequeños fármacos en vesículas lipídicas. Sin embargo, tras un comien-zo poco exitoso, su aplicación se generalizó al utilizar estructuras que permiten lainteracción con el ADN desde el exterior sin necesidad de encapsularlo, dando lu-gar a complejos estables donde el material genético se mantiene protegido. Exis-ten muchas variantes de estas estructuras, así como diversas modificaciones quetratan de aumentar la estabilidad de los complejos, su especificidad y su eficacia.

La primera alternativa a los lipoplexes la constituyen los poliplexes, polímeros denaturaleza catiónica,42 lo que les permite la interacción y compactación del ADN ysu unión a membranas celulares (de carácter mayoritariamente aniónico). Final-

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41 Vesículas lipídicas artificiales cargadas positivamente, lo que les permite interaccionar con el ADNque está cargado negativamente.42 Cargados positivamente.

mente, existe un tercer grupo, los peptiplexes. Se basan en la utilización de pépti-dos, proteínas o dominios proteicos como base de estructuras modulares que in-corporan en cada uno de sus módulos una actividad necesaria para la funcionali-dad transportadora (interacción con el ADN, reconocimiento celular, acceso al ci-toplasma, capacidad de migrar al núcleo, etc.). Permiten la aplicación tanto detécnicas de biología molecular como de síntesis química y pueden dar lugar a es-tructuras más afines al entorno biológico de actuación.

Los vectores de transferencia génica constituyen un campo en continuo desarrolloy evolución en el que aún quedan estrategias por explorar. Probablemente, la me-jor solución no se encuentre en ninguno de los vectores que se conocen en la ac-tualidad. La combinación de varios de ellos se está empleando con éxito en algu-nos sistemas. En cualquier caso, cuantas más alternativas se exploren, más cercase estará de la obtención de un buen vector de transferencia.

3.4.4. ANIMALES MODIFICADOS GENÉTICAMENTE

Cuando la alteración del programa genético se realiza en células de la línea germi-nal (células reproductoras), la modificación puede afectar a un organismo comple-to y transmitirse a su descendencia. De esta forma se pueden generar animalescon ganancia o pérdida de una función concreta, que pueden servir para obtenerinformación sobre la funcionalidad del producto de un gen específico, o para re-producir algún tipo de patología y utilizar el animal modificado genéticamente co-mo modelo de estudio. El concepto es muy diferente al de la introducción de uni-dades de expresión génica en un organismo adulto con carácter terapéutico (tera-pia génica), incluso persiguiendo su modificación permanente. De hecho, la terapiagénica sobre células germinales humanas está actualmente impedida por conside-raciones éticas y sólo existe como realidad clínica la terapia génica somática (nogerminal), que sólo afecta al tejido u órgano objeto del tratamiento.

Aunque existen diversos tipos de organismos que han sido modificados genética-mente, desde microorganismos a mamíferos, los ratones son los más utilizados,fundamentalmente, por dos motivos: su genética es la más manejable entre los

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n Existen diferentes sistemas para estabilizar el material genético y transportarlo alnúcleo de la célula, donde debe ejercer su función; son los denominados vec-tores de transferencia génica.

n Los vectores basados en virus modificados son los más utilizados. Tienen unagran eficacia de transferencia de material genético, que en algún caso se inte-gra en el genoma del organismo huésped; sin embargo, carecen de especifici-dad celular, tienen una baja capacidad de transportar material genético, puedenproducir una respuesta inmune y poseen un cierto riesgo biológico.

n Los vectores no virales carecen de los inconvenientes de los vectores virales,aunque su eficacia de transferencia es menor. Se basan en vesículas lipídicas (li-posomas catiónicos), polímeros catiónicos (poliplexes), o en péptidos o proteí-nas (peptiplexes).

mamíferos, poseyendo el genoma mejor caracterizado después del humano, y esla única especie con una robusta tecnología de manipulación genética de célulasmadre embrionarias. Existe en la actualidad un elevado número de ratones modifi-cados genéticamente y diversas bases de datos que permiten fácilmente localizar-los (http://research.bmn.com/mkmd, http://www.bioscience.org/knockout/kno-chome.htm, http://www.immunologylink.com/transgen.htm, http://tbase.jax.org/).

Hay dos grandes estrategias de manipulación genética en ratones: la integraciónaleatoria de unidades de expresión por microinyección en pronúcleos fertilizados(ratones transgénicos) y la modificación específica de genes por recombinación ho-móloga (intercambio de fragmentos de ADN entre cromosomas homólogos) en cé-lulas madre embrionarias (ratones knock-out43 y knock-in44).

La primera de estas técnicas persigue la ganancia de una función, o la sobreex-presión de un gen, mediante la adición de una unidad de expresión génica (trans-gén) por microinyección en el pronúcleo45 masculino de un óvulo recién fecunda-do, que posteriormente se implanta en el oviducto de una hembra pseudopreñada(preparada para la gestación, sin haber sido fecundada). Con una probabilidad de-terminada, el transgén se integra al azar en el genoma del ratón y se transmite a ladescendencia. Se trata de una técnica muy bien establecida y altamente efectivaque permite la generación de un gran número de animales transgénicos en untiempo relativamente corto. Sin embargo, presenta ciertas limitaciones, como la in-tegración aleatoria del transgén, pues el sitio influye considerablemente en sus ni-veles de expresión, o en el número variable de copias que se integran. Aunque ini-cialmente esta tecnología se restringía a la ganancia de función, también se puedeemplear para generar una pérdida de función, introduciendo mutantes dominantesnegativos o sistemas de silenciamiento génico, como los ARN de interferencia in-corporados en unidades de expresión.

La manipulación genética dirigida en células madre embrionarias (ES), basada enla recombinación homóloga, es la estrategia alternativa de generación de animalesmodificados genéticamente. Su mayor ventaja es el control preciso del sitio de in-tegración, que permite minimizar el impacto de la manipulación. Además, como laintroducción del material genético recombinante se produce en cultivos de célulasES in vitro, se puede realizar una preselección de las colonias derivadas de las cé-lulas transformadas antes de realizar su implante. Es una técnica más compleja ylaboriosa, pero también ofrece mayor número de posibilidades. Requiere, en pri-mer lugar, la obtención de las células ES del blastocisto (agregado constituido porun conjunto de ciento veinte a ciento cincuenta células indiferenciadas resultantesde la división postfecundación del ovocito por el espermatozoide) de un organismodonante, manteniéndolas en cultivo en su estado indiferenciado para que no pier-dan su totipotencia (capacidad de esas células para dar lugar a todos los tejidosdel adulto). Una vez tratadas y seleccionadas, se reintroducen en un nuevo blasto-

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43 Animales en los que se ha inutilizado la función de un gen.44 Animales en los que se ha introducido la función de un gen.45 Núcleo procedente del óvulo o del espermatozoide, presentes en el óvulo fecundado, antes de quese produzca su fusión para iniciar el desarrollo del embrión.

cisto murino y se reimplantan en el útero de una hembra pseudopreñada, que da-rá lugar a un organismo quimérico con tejidos procedentes de las células del blas-tocisto original y tejidos originados a partir de las células ES microinyectadas. Ori-ginalmente se obtendrán animales heterocigotos46 para la alteración introducida;cruces adicionales entre ellos darán lugar a la aparición de organismos homocigo-tos,47 si el organismo, su desarrollo y fisiología permiten esta alteración.

Para inducir el fenómeno de la recombinación homóloga, el vector que porta el ma-terial genético a introducir ha de contener secuencias de ADN idénticas a la zonadel genoma donde se quiere integrar. Dependiendo de su ubicación y orientación,puede dar lugar a vectores de reemplazamiento (sustituyen una parte del ADN ge-nómico por el ADN externo) o a vectores de inserción (si directamente se introduceun fragmento de ADN adicional). Esta tecnología se desarrolló originalmente para lageneración de los denominados ratones knock-out, que buscaban la eliminaciónselectiva de la expresión de un gen específico. Pero también puede aplicarse parala introducción, en una ubicación específica, de un gen y sus elementos regulado-res, originando los denominados ratones knock-in. Esto abre nuevas expectativas,como la «humanización» de ratones por reemplazamiento de un gen murino por suanálogo humano, lo que permite disponer de una herramienta sin precedentes pa-ra el desarrollo de estudios preclínicos con nuevos fármacos dirigidos.

La alteración de la expresión génica puede ser letal durante el desarrollo embrio-nario; además, hay situaciones en las que se persigue un efecto agudo, en con-traposición al efecto crónico originado por los métodos tradicionales, tratando demimetizar un proceso patológico. Por ello, ha surgido la necesidad de controlar laexpresión del gen modificado, tanto temporal como localmente. Una de las prime-ras estrategias explotadas en esta dirección consiste en la generación de animalescon expresión del transgén reducida a tejidos específicos. Para ello, se necesitagenerar inicialmente ratones transgénicos que expresen una recombinasa (Cre esla más usada) bajo el control de un promotor48 específico de tejido. Una recombi-nasa es una proteína encargada de catalizar la reacción de recombinación homó-loga, una vez que localiza el sitio de recombinación caracterizado por la presenciade secuencias específicas de reconocimiento (sitios loxP en el caso de Cre). Cuan-do estos animales se cruzan con otros que han sido modificados genéticamentepara tener los mencionados sitios loxP de reconocimiento específico de la recom-binasa flanqueando la región a modificar, sólo los miembros de la progenie que he-redan ambas alteraciones (recombinasa Cre y sitios loxP) sufrirán la recombinaciónesperada. Ésta tendrá lugar sólo en las células o tejidos donde la recombinasa seexpresa, dando lugar a la modificación perseguida. Existe un número elevado ycreciente de este tipo de animales y han surgido bases de datos disponibles don-de se puede obtener información sobre ellos (http://www.mshri.on.ca/nagy/).

Alternativamente, se puede obtener el control temporal de la expresión del transgénmediante la utilización de un sistema de expresión inducible. Para ello, se utiliza un

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46 Con una forma diferente de un gen determinado en cada cromosoma.47 Con dos formas iguales de un gen determinado en cada cromosma.48 Secuencia reguladora de la expresión.

promotor cuya actividad dependa de la presencia de una molécula moduladora (in-ductora o represora), como por ejemplo el sistema inducible por tetraciclina. La com-binación de ambas estrategias puede dar lugar al deseado control espacio-temporal.El propósito final es siempre aproximarse lo más posible a las situaciones fisiológicas,tanto en su aplicación básica (estudio de la funcionalidad de un gen o grupo de ge-nes específicos) como su aplicación más práctica (creación de modelos animales quesimulen patologías concretas y su uso en ensayos preclínicos).

La manipulación genética de animales, especialmente el ratón, está resultando seruna herramienta fundamental e irremplazable, tanto para la comprensión de lacomplejidad fisiológica y fisiopatológica, como para su aplicación directa en elcampo del descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos (ver apartado 4.2.1).En este sentido, un ejemplo a señalar es el de la empresa CIBASA, un spin-off delCentro de Investigación del Cáncer de Salamanca, que ha generado unos mode-los de ratón únicos (Oncostem Mouse™), basados en introducir las alteracionesmoleculares identificadas en determinados cánceres humanos en las células ma-dre somáticas donde tiene lugar la alteración en humanos; estos ratones reprodu-cen con exactitud la fisiopatología de diferentes tipos de cáncer humano, así comosu respuesta a los fármacos convencionales.

3.4.5. TERAPIA GÉNICA

El concepto de terapia génica, definida como la introducción de material genéticoen una célula con el propósito de aliviar o eliminar un proceso patológico, surgió anivel conceptual a mediados de los años sesenta, incluso antes del desarrollo dela tecnología del ADN recombinante. Su apoyo experimental comenzó en los añosochenta con la aparición de los vectores retrovirales, los primeros vehículos detransporte de material genético heterólogo. Una década más tarde se inició el pri-mer protocolo de ensayo clínico para el tratamiento de una enfermedad heredita-ria, el síndrome de inmunodeficiencia severa combinada (SCID) por carencia de laenzima adenosina desaminasa (ADA), una de las patologías que sufren los deno-

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n Se pueden modificar permanentemente genes de las células reproductoras pa-ra obtener un organismo modificado genéticamente.

n Existen diferentes estrategias de modificación genética. En los animales trans-génicos se consigue sobreexpresar un gen, en los animales knock-out se elimi-na selectivamente la expresión de un gen, mientras que en los animales knock-in se introduce un gen y sus elementos reguladores en una localización especí-fica.

n La expresión del gen modificado se puede controlar temporalmente, utilizandoun promotor cuya actividad dependa de una molécula reguladora, y localmente,utilizando un promotor específico de tejido.

n Los animales así obtenidos abren las puertas al estudio del funcionamiento degenes humanos y de nuevos fármacos para humanos, ambos en condicionesexperimentales muy próximas a las naturales.

minados «niños burbuja». Desde entonces se han establecido más de un millar deensayos clínicos, que están recogidos en diversas bases de datos, siendo la máscompleta la que proporciona la editorial John Wiley en el Reino Unido(http://www.wiley.co.uk/genmed/clinical/).

Las primeras demostraciones in vitro de la potencialidad de esta nueva tecnologíageneraron un intenso optimismo en la comunidad científica. Sin embargo, la eufo-ria inicial se ha tornado en prudencia e, incluso, en cierto escepticismo en algunossectores, al no cumplirse las expectativas temporales de evolución y consecuciónde resultados. Dos graves acontecimientos han tenido un impacto negativo en eldesarrollo de esta aplicación terapéutica, provocando la parada de algunos de losensayos en curso y la disminución del número de nuevos protocolos. El primerode ellos ocurrió en 1999, con el fallecimiento de un joven paciente debido a unareacción desmesurada al vector adenoviral utilizado en el ensayo. Tres años mástarde, en el curso de un exitoso ensayo con pacientes con el síndrome SCID aso-ciado al cromosoma X (X-SCID), varios de ellos desarrollaron una leucemia por on-cogénesis insercional, debido a la integración del vector retroviral en las cercaníasdel promotor del protoncogén LMO2, induciendo su sobreexpresión. La voz dealarma suscitada por estos hechos ha abierto un debate ético-científico sobre elfuturo de la terapia génica, obligando a reexaminar la relación riesgo/beneficio deesta alternativa terapéutica. Las conclusiones positivas prevalecen tras este de-bate, especialmente ahora que se están obteniendo beneficios terapéuticos con-cluyentes en algunos ensayos (nueve de los diez niños que participaron en el en-sayo X-SCID, donde surgieron los casos de leucemia, están libres de su dolenciaoriginal), especialmente en patologías donde las terapias actuales son imperfec-tas.

El cuello de botella del desarrollo de la terapia génica se encuentra en la obtenciónde sistemas eficaces de transferencia génica. Hasta el momento, existe una granvariedad de vectores que presentan diversas ventajas e inconvenientes, pero nin-guno de ellos alcanza el nivel de calidad requerido para que la terapia génica ob-tenga la madurez que le permita ser una alternativa robusta y competitiva frente alas terapias tradicionales (ver apartado 3.4.3). El potencial sigue siendo muy eleva-do y las expectativas ilimitadas como resultado de la finalización del proyecto Ge-noma Humano. Por ello, es necesario que se desarrollen suficientemente vehícu-los seguros y eficaces para el transporte del material genético, de modo que per-mitan la utilización de los genes como nuevos agentes farmacológicos y seposibilite su explotación terapéutica.

Opciones terapéuticas

El campo de aplicación de la terapia génica es muy extenso. Inicialmente se con-cibió como una opción para el tratamiento de enfermedades monogénicas, cau-sadas por la disfunción de un solo gen, mediante la recuperación de la funcionali-dad perdida por introducción de una copia intacta del gen alterado. Es lo que se

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denomina terapia correctiva, que se puede obtener por diversos mecanismos: 1)por simple adición de la copia funcional del gen (terapia de adición); 2) por elimi-nación de la copia dañada y reemplazamiento por una copia correcta, induciendofenómenos de recombinación homóloga (terapia de sustitución); o 3) por estimula-ción de los mecanismos naturales de reparación del ADN (terapia de reparación).Mientras que la primera opción requiere incluir elementos de control de la expre-sión génica y su regulación es más difícil de modular, las otras dos opciones sonmenos agresivas y aseguran la permanencia del efecto terapéutico y su regulaciónfisiológica normal por los elementos naturales de control. Existen patologías mo-nogénicas que son claras candidatas para este tipo de tratamiento y sobre las quese han establecido diversos ensayos clínicos: fibrosis quística, SCID, hemofilia A yB, anemia de Fanconi, enfermedades metabólicas congénitas, distrofia muscularde Duchenne, etc. Sin embargo, las enfermedades monogénicas suelen tener unaincidencia baja en la población, lo que limita la aplicación generalizada de esta tec-nología.

El siguiente paso ha consistido en la extensión de esta terapia a enfermedades ge-néticas adquiridas, de mayor complejidad y con incidencia elevada, como es elcaso del cáncer. Las estrategias utilizadas son muy diferentes. En lugar de perse-guir la curación de la patología por corrección permanente del gen defectuoso enla célula diana (normalmente con baja o nula capacidad proliferativa), como ocu-rre en el tratamiento de las enfermedades monogénicas, las patologías oncológi-cas requieren la transducción de células con un índice elevado de proliferación, nosiendo necesaria su modificación permanente. Sin embargo, es fundamental quela eficacia del efecto sea absoluta, pues unas pocas células no tratadas puedendar lugar al resurgimiento de la enfermedad. Frente a los nuevos requisitos surgennuevas alternativas. En algunos casos se persigue la supresión funcional de algúngen responsable del estado patológico de las células (oncogén) mediante la intro-ducción de moléculas silenciadoras (ARNi) o agentes inhibidores de la actividad(genes supresores de tumores y otros). Es lo que se denomina terapia supresora.En otros casos se opta por la eliminación directa de las células dañadas (terapiade eliminación). El efecto perseguido se puede obtener por distintas vías. Se pue-de inducir citotoxicidad mediante la adición de un gen heterólogo capaz de meta-bolizar un sustrato inocuo en una potente droga citotóxica (terapia de genes sui-cidas). También se puede tratar de disparar algún tipo de alarma biológica queobligue al organismo a responder eliminando la célula dañada. Esta alarma puedeser interna de la célula e inducir la muerte natural por mecanismos como la apop-tosis, como ocurre cuando se reintroducen genes supresores de tumores (p53 uotros) alterados en el proceso degenerativo. Pero también puede activarse unaalarma externa y ser el propio sistema inmune el que reconozca el daño y reac-cione eliminando las células enfermas (terapia de inmunestimulación, ver aparta-do 3.3.2). Este fenómeno se puede inducir introduciendo antígenos que marquenla célula afectada como «patológica» (inmunoestimulación directa) o potenciandola respuesta inmune por adición de cofactores (citoquinas, moléculas coestimula-doras; terapia coadyuvante).

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El concepto terapéutico ha ido ampliándose desde el básico, la detección de undefecto genético como causa de una enfermedad y su posterior corrección, hastala consideración de un gen como un fármaco, un agente terapéutico per se, per-mitiendo la introducción de nuevas actividades moleculares o la modificación delprograma genético del organismo tratado. Pero no sólo el material genético de di-cho organismo es susceptible de ser manipulado. También lo puede ser el de or-ganismos invasores que actúen como agentes patológicos. De esta forma, se am-plía el campo de actuación de la terapia génica a las enfermedades infecciosas.

La mayor parte de las aplicaciones terapéuticas consideran la administración di-recta (in vivo) del vector utilizando diversas vías (inyección intravenosa, intramus-cular, transdérmica, aerosoles, etcétera). Sin embargo, en algunos casos existeuna opción nueva y altamente interesante, la denominada terapia ex vivo. Consis-te en la obtención de células del paciente que se extraen, cultivan y transducen conel gen de interés para, posteriormente, ser reintroducidas en el organismo. Esta op-ción ha sido aplicada especialmente en patologías hematológicas donde la extrac-ción de las células y su mantenimiento ex vivo resultan sencillos. Utilizando célulasprogenitoras de la sangre, el transgén puede ser transmitido a las diversas estirpescelulares derivadas de ellas, asegurando su mantenimiento temporal. Este modeloex vivo ha sido utilizado en los denominados estudios de marcaje génico, los pri-meros protocolos de transferencia génica que vieron la luz como ensayos clínicos.Utilizando un gen «reportero» (gen que permite la fácil localización de la célulatransducida de forma inocua), se ha podido obtener información muy valiosa sobrela biología de estos progenitores, su capacidad repobladora, los factores que in-fluyen en la eficacia de transferencia y los motivos por los que se produce la reca-ída tras un protocolo de trasplante autólogo.

Finalmente, conviene recordar que el desarrollo de la terapia génica se está pro-duciendo exclusivamente en la denominada terapia génica somática. Aunque lascélulas progenitoras también son teóricamente susceptibles de modificación gené-tica, pudiendo asegurar la eliminación de una enfermedad genética tanto en el pa-ciente como en su progenie, su aplicación terapéutica está actualmente prohibidapor motivos éticos.

Ensayos clínicos

Como se puede inferir del apartado anterior, el número de patologías consideradaspara su tratamiento por terapia génica es muy diverso y extenso. De los más de unmillar de ensayos clínicos iniciados, el 66% se han dedicado al tratamiento de en-fermedades oncológicas (datos correspondientes a enero de 2005), fundamental-mente utilizando estrategias de genes suicidas, introducción de genes supresoresde tumores y terapias inmunoestimulantes. Las enfermedades monogénicas (fibro-sis quística, SCID, etc.) dan cuenta del 9% de los protocolos y están seguidas delas enfermedades cardiovasculares (8%), principalmente centradas en la angiogé-

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nesis terapéutica.49 El cuarto lugar lo ocupan las enfermedades infecciosas (6%),de las cuales el SIDA es el claro protagonista. Con menor frecuencia, se está con-siderando otro tipo de patologías que incluyen enfermedades neurodegenerativas,como Alzheimer o Parkinson, e inflamatorias, como la artritis reumatoide.

En cuanto al tipo de vectores empleados en protocolos clínicos, los virales conti-núan siendo los más utilizados, dando cuenta de un 70,4% de los ensayos en cur-so. Los vectores más frecuentes son los retrovirales (27%) y adenovirales (26%),seguidos de las alternativas no-virales, concentradas en la utilización de ADN des-nudo que se introduce por métodos físicos (15%) y por lipofección50 (8,6%).

Otro aspecto de vital importancia, y que diferencia esta alternativa terapéutica delos fármacos tradicionales, es el comportamiento farmacocinético y farmacodiná-mico. En terapia génica no se administra directamente un fármaco activo, sino unvector que transporta material genético que actúa como soporte del agente po-tencial (el fármaco «latente»), que ha de transformarse (expresarse) para dar lugara la molécula efectora, producto de la transcripción (ARN de interferencia, ARN an-tisentido...) o de la traducción (proteína efectora) del transgén. Por lo tanto, la con-centración efectiva del agente terapéutico va a depender de un número más ele-vado de variables que en el caso de un fármaco tradicional. Además de las carac-terísticas intrínsecas del efector real, la eficacia del sistema está condicionada porla naturaleza del soporte (unidades autónomas de expresión génica; ver apartado3.4.2) y del vector (vehículo de transporte; ver apartado 3.4.3), e incluso de es-tructuras adicionales que proporcionen mayor estabilidad a los complejos o con-trolen su dosificación interna (utilización de biogeles o nanopartículas de liberacióncontrolada; ver apartado 4.8.2).

Perspectivas de futuro

Aunque el fallecimiento accidental de un paciente en 1999 y los casos de leucemiadetectados en 2002 supusieron un claro freno en la evolución de este nuevo con-cepto terapéutico, no se pueden ignorar los importantes progresos que se estánproduciendo en este campo. Estos desgraciados sucesos han servido para pro-fundizar en las variables que condicionan el éxito terapéutico e incrementar los ni-veles de control, especialmente en los ensayos clínicos. También resulta significa-tivo el aumento constante de protocolos clínicos en terapia génica, aunque su cre-cimiento se haya ralentizado, así como su expansión mundial (el 67% de losmismos se lleva a cabo en EEUU, pero existen protocolos en marcha en los cincocontinentes).

Conociendo mejor los aspectos limitantes de la técnica, los nuevos desarrollos tra-tan de ofrecer soluciones a los mismos. Algunos ejemplos son: la utilización devectores virales integrativos independientes del estado de proliferación de las célu-

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49 Estimulación de la formación de nuevos vasos sanguíneos para mejorar la circulación en zonas detejidos u órganos isquémicos, es decir, que han perdido el riego sanguíneo.50 Método de introducción de ADN en la célula a través de su membrana con la ayuda de lípidos.

las diana (ya se ha iniciado el primer ensayo clínico con un vector lentiviral); la in-clusión de la capacidad integrativa en los vectores no virales; el aumento de espe-cificidad de los sistemas (tanto a nivel de localización celular como de expresión deltransgén, mediante el uso de promotores específicos); la adopción de métodos debaja inmunogenicidad; la aplicación de sistemas de liberación controlada, comocomplemento a los vectores de transporte; o las aplicaciones terapéuticas pocoagresivas basadas en el estímulo de mecanismos naturales de respuesta fisiológi-cos (inmunoterapia del cáncer, reparación de ADN in situ). Todos estos avances,junto con un mayor conocimiento de los mecanismos moleculares responsablesdel desarrollo de las diversas patologías, ofrecen grandes expectativas para el fu-turo de la aplicación de los genes como agentes farmacológicos.

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n La introducción de material genético en una célula con fines terapéuticos se de-nomina terapia génica. Se ha aplicado inicialmente al tratamiento de enferme-dades debidas a la disfunción de un solo gen, recuperando la funcionalidad delgen alterado.

n En el caso de enfermedades genéticas adquiridas, como el cáncer, se persiguela supresión de algún gen responsable de la patología o la eliminación de las cé-lulas dañadas.

n El vector de terapia génica puede ser administrado directamente utilizando di-versas vías, o bien introducido en células aisladas del paciente y cultivadas, pa-ra ser posteriormente reintroducidas en el organismo (terapia ex vivo).

n Hay más de mil ensayos clínicos en marcha, la mayoría dedicados al tratamien-to de enfermedades oncológicas mediante el uso de vectores virales (principal-mente retrovirales y adenovirales).

3.5. La célula como agenteterapéutico: la medicina regenerativa

La terapia celular (conjunto de tecnologías que se basan en la sustitución de célu-las enfermas o disfuncionales por células sanas) ofrece la oportunidad de tratarmuchas enfermedades degenerativas causadas por la muerte prematura o el malfuncionamiento de tipos celulares específicos. Actualmente la única esperanza derecuperación completa en estos pacientes es el trasplante de órganos; sin embar-go, el número de donantes es limitado, pues sólo se pueden trasplantar unos po-cos órganos y el proceso es muy costoso. Ciertos tipos celulares pueden ser ais-lados y cultivados fuera del organismo, en condiciones controladas; estas células,al ser trasplantadas de manera similar al proceso de trasplante de órganos, pue-den sustituir a las células defectuosas restaurando la funcionalidad del órgano porun efecto de regeneración. Las células que tienen la mayor potencialidad de apli-cación en terapia celular son las células madre.

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La célula es la unidad estructural y funcional principal de los seres vivos. Existen dostipos básicos de células. Las células procariotas, que son las menos evoluciona-das, sólo se encuentran en algunos seres unicelulares, como las bacterias. Las cé-lulas eucariotas se encuentran en seres unicelulares, como hongos y levaduras, yen todos los seres pluricelulares. Entre las estructuras de una célula eucariótica es-tán las siguientes:

n Membrana celular: es una barrera permeable que controla selectivamente el flu-jo de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula.

n Citoplasma: es la estructura de la célula y contiene diferentes orgánulos descri-tos a continuación.

n Mitocondrias: producen la energía necesaria para el funcionamiento celular.

n Retículo endoplásmico: es una red membranosa intracelular.

n Ribosomas: implicados en la síntesis de proteínas.

n Núcleo: contiene la mayoría del ADN celular y está encerrado en una membra-na llamada nuclear.

Todas las células tienen duplicado su material genético (diploides), y en su procesode división atraviesan una serie de etapas funcionales que se conocen como ciclo ce-lular, el cual se encuentra bajo control genético. Hay dos tipos de división celular: lamitosis, que tiene lugar en casi todas las células del organismo llamadas somáticasy asegura la continuidad del material genético de una generación a la siguiente; y lameiosis, que ocurriendo sólo en las células germinales encargadas de producir ladescendencia, reduce el número de cromosomas a una de las mitades duplicadas(haploide) y aumenta la variabilidad genética mediante el intercambio de material ge-nético entre cromosomas homólogos por mecanismos de recombinación.

Los organismos superiores atraviesan las fases de desarrollo embrionario y post-natal, madurez y envejecimiento. El desarrollo embrionario comienza con la unióndel espermatozoide y el ovocito (que son las células germinales masculina y feme-nina, respectivamente), proceso mediante el cual se restablece el número diploidede cromosomas original de una especie. A partir de este momento comienza unproceso complejo que conduce al aumento del número de células, así como de sucomplejidad, por los procesos de diferenciación y especialización que desembocan

Las células madre son células que tienen la capacidad de autorreplicarse y de gene-rar, a medida que proliferan y se diferencian, diferentes tipos de células especializadas.Existen diferentes tipos de células madre. Las células madre totipotentes contienen,potencialmente activa, toda la información genética necesaria para originar todas lascélulas del organismo y de la placenta; las células humanas sólo tienen esta capacidaden las tres primeras divisiones del óvulo fecundado. A medida que se dividen las célu-las totipotentes, éstas se van especializando y se convierten en células pluripotentes,que son células que pueden dar lugar a todos los tipos de tejidos embrionarios, perono a las células que forman la placenta. En las siguientes etapas de desarrollo del or-ganismo las células se hacen multipotentes, pudiendo originar varios tipos celulares,pero en número limitado; un ejemplo de célula multipotente es la célula madre hema-topoyética, capaz de dar lugar a los diferentes linajes de células de la sangre.

Un aspecto clave de la terapia celular, independientemente de cuál sea la aproxi-mación y el órgano diana, es la selección del tipo celular más adecuado para el tra-tamiento experimental. Actualmente, la decisión entre utilizar células madre adultas(multipotentes) o células madre embrionarias (pluripotentes) no es sencilla. A prio-ri, es obvio que las células de origen embrionario, puesto que son capaces de or-questar la estructuración de todo un individuo, poseen el potencial genético nece-sario para dar lugar a cualquier tipo celular del organismo. Por el contrario, las cé-lulas madre adultas tienen restringido su potencial de diferenciación por su historiavital y localización en una estructura orgánica concreta. Sin embargo, se ha de-mostrado que ciertos tipos de células madre adultas son capaces de contribuir ala regeneración de otros tejidos u órganos distintos al de origen. La comunidadcientífica está de acuerdo en que la investigación con células madre embrionariasy adultas debe continuar simultáneamente, ya que ambas son fundamentales pa-ra comprender los mecanismos que controlan el desarrollo y la diferenciación ce-lular, lo que es la base para el éxito de la terapia celular.

3.5.1. ANTECEDENTES DE LA MEDICINAREGENERATIVAExisten algunos antecedentes exitosos del potencial clínico de la medicina regene-rativa, tales como el trasplante de médula ósea, la reconstrucción del cartílago dearticulaciones o los implantes de piel para el tratamiento de quemaduras graves.Sin embargo, en el caso de algunas enfermedades degenerativas, tales como el fa-llo cardíaco o hepático, la opción terapéutica más eficaz actualmente es el tras-plante de órganos.

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en el desarrollo de los tejidos, los órganos y sistemas y, finalmente, el organismocompleto. El desarrollo embrionario se encuentra bajo control genético y se lleva acabo mediante la activación e inactivación selectiva de genes en tiempos y lugaresespecíficos. El desarrollo también implica la acción coordinada de mecanismos ce-lulares tales como la comunicación entre las células y su migración, así como la in-teracción de todos los factores anteriores con el entorno.

Trasplante de médula ósea

La tecnología biomédica derivada del uso de células vivas (principalmente célulasmadre) tiene como antecedente inmediato la gran experiencia acumulada en medi-cina transfusional, la cual incluye la selección y caracterización de donantes, la ob-tención, la preservación, los métodos de control de calidad y los procedimientos detrasplante de sangre humana o derivados (preparados de plaquetas, sangre enri-quecida de progenitores tras procedimientos movilizadores, etc.). Históricamente,las primeras células madre caracterizadas y utilizadas terapéuticamente fueron lasalojadas en la médula ósea (MO), denominadas células madre hematopoyéticas(CMH) o linfo-hematopoyéticas.51 El tejido hematopoyético que producen se encar-gará de la reposición continua de todas las células de la sangre y del sistema in-mune, encargado de la defensa del organismo. El trasplante de CMH se ha utiliza-do en el tratamiento de distintos procesos neoplásicos, como leucemias y linfomas,o de malfuncionamiento intrínseco de la médula, como las anemias aplásicas. Des-de los ensayos pioneros realizados en los años sesenta por Donald Thomas, Pre-mio Nobel de Fisiología en 1990, el trasplante de MO se ha convertido en una ruti-na hospitalaria realizada por numerosas instituciones clínicas en todo el mundo, yen España en prácticamente todos los hospitales de tamaño medio-grande.

En la actualidad el trasplante de MO, en el que se reemplaza la médula ósea delpaciente por células de un donante compatible (trasplante alogénico) o por célulaspropias del paciente previamente tratadas (trasplante autólogo), se hace de formaintravenosa y no requiere de una operación propiamente dicha. La principal dificul-tad, que origina los mayores efectos adversos, es el acondicionamiento al que hayque someter al paciente previamente; este proceso, que implica diversas formasde quimioterapia y/o radioterapia, tiene el objetivo de eliminar en lo posible la en-fermedad y todas aquellas células que podrían hacer que reapareciera, y generarespacio en la MO para que la nueva médula trasplantada pueda encontrar un alo-jamiento adecuado. En la actualidad, además de la MO, se están utilizando otrasfuentes de CMH, tales como progenitores obtenidos de la sangre en circulación operiférica, y sangre obtenida del cordón umbilical durante el parto.

Las principales complicaciones del trasplante de precursores hema topoyéticos(TPH) son las infecciones que pueden surgir en las primeras semanas tras el tras-plante (cuando el sistema linfohematopoyético endógeno se ha eliminado y está enproceso de regeneración por las células trasplantadas, por lo que las defensas es-tán muy deterioradas) y el fenómeno conocido como enfermedad de injerto contrahuésped en el transplante alogénico (cuando las células trasplantadas, que son in-munológicamente competentes, reconocen como extrañas a las células del orga-nismo receptor, destruyéndolas y pudiendo llegar a causar la muerte).

Desde 1989 existe en España un organismo técnico dependiente del Ministerio deSanidad, la Organización Nacional de Trasplantes, que coordina la donación y rea-

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51 Capaces de producir las células diferenciadas de las líneas linfoide (distintos tipos de linfocitos) ymieloide (granulocitos, macrófagos, eritrocitos y plaquetas).

lización de trasplantes de órganos y tejidos, incluyendo entre ellos el TPH. Gracias asu labor, España es actualmente uno de los países europeos con un mejor sistemanacional de trasplantes, tanto cuantitativa como cualitativamente. En 1991, la Fun-dación Internacional José Carreras creó una organización de donantes españolesdenominada Registro Español de Donantes de Médula Ósea (REDMO), que recogela necesidad de donantes de nuestro propio entorno y constituye una respuesta a lainternacionalización de los registros europeos y norteamericanos ya existentes.

De 1993 a 2003, el número de TPH realizados en España ha aumentado un 81%(1.935 trasplantes en el año 2003). Dado que sólo una minoría de los pacientespuede contar con un donante familiar, el TPH de donante no emparentado es unasituación cada vez más necesaria. En la actualidad se cuenta con unos 8,5 millo-nes de donantes voluntarios en todo el mundo, habiendo más de 48.500 donan-tes registrados en REDMO. Gracias a la colaboración internacional, actualmentecasi un 80% de los enfermos pueden encontrar un donante alogénico, lo que hahecho que la expectativa de vida en este grupo de pacientes haya crecido un 60%.

Trasplante de estructuras fisiológicas

El ejemplo más claro es el trasplante de islotes pancreáticos52 para el tratamien-to de la diabetes tipo 1. A mediados de los ochenta se realizaron los trasplantespioneros en humanos; en 1990 se logró el primer caso de eliminación de la de-pendencia de insulina, aunque el porcentaje de casos trasplantados con éxito si-guió siendo escaso en los años sucesivos. En el año 2000, James Shapiro esta-bleció lo que actualmente se conoce como el protocolo de Edmonton (basadoen un nuevo protocolo de inmunosupresión o tratamiento reductor de la eficaciadel sistema inmune, exento de esteroides), que se ha convertido en una referen-cia casi universal. Aun cuando se ha realizado un inmenso progreso en esta área,todavía existen limitaciones importantes, tales como el reducido rendimiento dela técnica de extracción de los islotes (son necesarios dos-tres cadáveres paraobtener el número mínimo de islotes necesarios, aproximadamente nueve mil is-lotes por kg de peso del receptor), la prevención del rechazo de los islotes tras-plantados o la escasez de donantes adecuados. En los EEUU, más de un millónde personas necesitarían el tratamiento, pero sólo se dispone de varios miles dedonantes al año. Según datos de la Sociedad Española de Diabetes, en nuestropaís la prevalencia de la diabetes ha aumentado desde un 4,4% en 1993 a un5,3% en 2001, existiendo unos trescientos mil pacientes insulina-dependientes.De estos últimos, hay un incremento anual de dos mil a cuatro mil nuevos casos,frente a menos de mil donantes potencialmente útiles cada año. La situación exi-ge, por tanto, el desarrollo de nuevas tecnologías que puedan permitir salvar es-tos importantes obstáculos. Algunos grupos, como los de las universidades deMinesota y Filadelfia, están logrando independencia de insulina trasplantando is-lotes de un solo páncreas donante, y en febrero de 2005, el equipo de James

12152 Son islotes celulares del páncreas que contienen células productoras de insulina.

Shapiro ha realizado el primer trasplante de islotes pancreáticos a partir de do-nante vivo. Por otro lado, se están desarrollando las bases para la utilización decélulas madre embrionarias con las que se podrían minimizar los problemas deincompatibilidad.

La experiencia clínica en España fue iniciada por el grupo del Hospital Clínico SanCarlos de Madrid, que llevó a cabo ocho trasplantes entre 1992 y 1996. En todoslos casos se trataba de pacientes con diabetes tipo 1 trasplantados de riñón, y seutilizó el protocolo de inmunosupresión clásico. A pesar de ello, se logró una recu-peración parcial de la función de los islotes en cinco pacientes, aunque sin conse-guir independencia de insulina.

En el año 2003, el Instituto de Salud Carlos III concedió financiación para una RedTemática de Investigación en trasplante de islotes, que agrupaba a varios centrosespañoles. Su objetivo es llevar a cabo una nueva serie de trasplantes clínicos deislotes aplicando el protocolo de Edmonton. Dentro de esta iniciativa, en el hospi-tal Carlos Haya de Málaga se han trasplantado ya dos pacientes. Aunque los islo-tes se han infundido tras el trasplante renal, se ha utilizado un protocolo de inmu-nosupresión igual al de Edmonton. En ambos pacientes se ha conseguido recu-perar una función parcial, aunque no se ha logrado eliminar por completo ladependencia de insulina

Tiene gran importancia, también, el trasplante de piel, que es la única opción tera-péutica en muchos enfermos con quemaduras importantes que afectan a una par-te considerable de su superficie. Los antecedentes de la nueva tecnología que per-mite trasplantar grandes superficies corporales son el trasplante de pequeñas sec-ciones de piel autóloga, que se recolocan en el paciente bajo anestesia, el implantede lo que técnicamente se denomina «colgajo» (piel con músculo subyacente y su-ministro sanguíneo), y el trasplante con piel obtenida mediante cultivo ex vivo (unasimple muestra de piel del paciente genera en unos veinte días la cantidad sufi-ciente para el tratamiento). En España el consorcio liderado por investigadores delCentro Comunitario de Transfusiones de Oviedo y el CIEMAT ha desarrollado unmodelo de piel artificial, que se está valorando en ensayos clínicos en el HospitalUniversitario de Getafe para el tratamiento agudo de grandes quemados (más del50% de superficie corporal quemada). El mismo equipo desarrolla en la actualidadversiones del modelo de piel artificial modificadas genéticamente para adaptarlasal tratamiento de diversos tipos de patologías humanas (por ejemplo, introducien-do el gen de la leptina, hormona producida por los adipocitos, para el tratamientode enfermedades relacionadas con la obesidad).

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n La terapia celular se basa en el trasplante de células sanas, que han sido aisla-das y cultivadas fuera del organismo, para sustituir células enfermas o disfun-cionales. Sus antecedentes son los trasplantes de diferentes estructuras fisioló-gicas como la sangre, y son tecnologías en continua optimización.

n Para el tratamiento de leucemias, linfomas y anemias aplásicas se realiza untrasplante de células madre hematopoyéticas, que se pueden obtener de mé-dula ósea, de sangre en circulación y de sangre de cordón umbilical.

3.5.2. TERAPIA CON CÉLULAS MADRE ADULTAS

La utilización de células madre linfo-hematopoyéticas, obtenidas a partir de médu-la ósea, de sangre periférica o de sangre del cordón umbilical, es una realidad clí-nica en expansión que ya se ha comentado en el apartado anterior. La MO contie-ne otro tipo de células madre adultas, las células madre mesenquimales (MSC),que son las responsables de la creación del microambiente (o estroma) necesariopara regular y controlar la funcionalidad de la MO. Las MSC son más primitivas quelas células madre linfo-hematopoyéticas por lo que su capacidad de diferenciaciónes presumiblemente mayor. Recientemente, a partir de muestras de tejido adiposoobtenidas en procedimientos de liposucción, se han obtenido grandes cantidadesde poblaciones celulares que cumplen los principales criterios que definen a las cé-lulas madre mesenquimales. Este resultado ha abierto una importantísima puerta ala obtención de células madre (no hematopoyéticas) para su uso en el trasplanteautólogo, ya que la fuente de dichas células es un tejido muy accesible y la inter-vención es muy poco invasiva, a la vez que fácilmente estandarizable.

En otros tejidos adultos se han identificado poblaciones con características de cé-lula madre. Así, la piel y los epitelios intestinales poseen una tasa de renovación al-tísima, que está soportada por una pequeña población de células (queratinocitos)localizadas en la capa basal, en el bulbo de los pelos (epidermis) o en la base delas criptas intestinales. El hígado, conocido por su enorme capacidad de regene-ración, parece conseguirlo en base a la proliferación y diferenciación de las deno-minadas células ovales, aunque algunos estudios lo ponen en duda. El músculo,aunque posee una limitada capacidad de reparación y regeneración, posee unapoblación de las denominadas células satélite que parecen ser cruciales en estosprocesos. En el páncreas se ha descrito en los últimos años la capacidad de rege-neración a partir de las células ductales. En el cerebro y el bulbo olfatorio se ha de-mostrado que es posible aislar células madre nerviosas que crecen en cultivo for-mando estructuras denominadas neuroesferas. Finalmente, el aparato reproductorcontiene células madre germinales, que son las responsables de la generación con-tinua de gametos (óvulos y espermatozoides) durante toda la vida fértil.

Uno de los resultados más sorprendentes de la biología de las células madre adul-tas ha sido comprobar que aparentemente las células madre de un determinado li-naje son capaces de dar lugar no sólo a células de su mismo linaje, sino tambiénde otros no relacionados. Por ejemplo, las células madre de médula ósea parecen

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n El trasplante de islotes pancreáticos para el tratamiento de la diabetes mellitus esuna técnica con limitaciones, dado el bajo rendimiento de la extracción de is-lotes y su posible rechazo. La utilización de células madre embrionarias es unaprometedora alternativa en estudio.

n El trasplante de piel en enfermos con quemaduras graves se realiza con pielcultivada ex vivo. Se está desarrollando un modelo de piel artificial, que puedeser modificada genéticamente para conferirle nuevas propiedades fisiológicas.

capaces de convertirse en células musculares, cardíacas, hepatocitos, etc. Estu-dios recientes ponen en duda, sin embargo, esta capacidad de transdiferenciacióny apuestan, más bien, por la capacidad de las células madre inyectadas en un mi-croambiente distinto del habitual de inducir supervivencia y diferenciación de lascélulas madre propias de ese órgano. Conocer y controlar la naturaleza de estosfactores y los mecanismos que activan in situ las células madre de los tejidos adul-tos, abriría un potencial espectacular en el campo de la terapia celular.

Potencial terapéutico de las células madre adultas

A pesar de la explosión de información obtenida en los últimos años en el campode las células madre, todavía se está lejos de una aplicación clínica generalizada,fundamentalmente porque la cantidad de células madre que se pueden obtener deun individuo adulto es escasa y no se sabe todavía cómo expandirlas y modularlasde forma adecuada. Sólo en el caso de células madre obtenidas del sistema linfo-hematopoyético, los resultados obtenidos son una realidad terapéutica, aunqueclaramente mejorable.

Los recientes resultados obtenidos en modelos animales de experimentación ha-cen pensar en un futuro muy prometedor en cuanto a la posibilidad de utilizar lascélulas madre linfo-hematopoyéticas con fines terapéuticos en otros órganos. Así,la utilización de células madre adultas obtenidas de MO ha permitido mejorar sus-tancialmente el proceso de cirrosis que presentaba una línea de ratones creadacon tal fin; de modo similar se han tratado con notable éxito ratones a los que seles había producido quirúrgicamente un infarto. Esta última aplicación, basada enel concepto de plasticidad de las células madre adultas, ya se ha traducido en másde veinte ensayos clínicos en todo el mundo. En 2002, el Grupo de Terapia Celu-lar aplicada al miocardio de Valladolid (formado por investigadores de los Hospita-les Universitario y Río Ortega y del Instituto de Biología y Genética Molecular de laUniversidad de Valladolid) realizó el primer trasplante de MO, en España, para la re-generación cardiaca posinfarto. Después de un seguimiento medio de dieciochomeses a veinte pacientes, los resultados han confirmado la eficacia y seguridad dela estrategia, además de demostrar que la inyección de células madre engrosa lapared cardiaca. Una variante de esta tecnología es la cardiomioplastia, que con-siste en la implantación en el corazón de células madre de músculo del propio pa-ciente. En España, la Clínica Universitaria de Navarra ha realizado la primera ciru-gía de regeneración cardiaca mediante esta técnica.

De manera análoga, se están abriendo nuevas posibilidades con las células MSC,que están siendo utilizadas para el tratamiento de algunos desórdenes del sistemamúsculo-esquelético (por ejemplo, osteogénesis imperfecta), para favorecer la ci-catrización de úlceras recidivantes del sistema digestivo y para favorecer y modu-lar el trasplante de progenitores de médula ósea. Su utilización para el tratamientode desórdenes articulatorios y fracturas óseas constituye también un amplio cam-po de investigación. Otra aproximación terapéutica, que se encuentra en ensayos

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clínicos para inducir una vascularización en la isquemia de extremidades y en el tra-tamiento del fallo cardiaco, es el implante de progenitores autólogos del endotelio(angioblastos o mesoangioblastos), obtenidos de MO o de otros tejidos. Finalmen-te, se han obtenido los primeros resultados positivos de regeneración neuronal me-diante inoculación en la región lesionada de células de glía envolvente olfatoria (ob-tenibles de un bulbo olfatorio del paciente), que guían a las neuronas para que seancapaces de reconexionarse.

El problema fundamental que limita la utilización terapéutica generalizada de las cé-lulas madre deriva del hecho de que éstas, una vez extraídas de su entorno natu-ral, tienen una gran tendencia a diferenciarse perdiendo, total o parcialmente, sutotipotencialidad o pluripotencialidad. Los mecanismos celulares intrínsecos (pro-grama genético) o extrínsecos (señales derivadas de otras células) que regulan elproceso de diferenciación de las células madre están comenzando a descubrirse.El desarrollo del potencial terapéutico de las células madre adultas, y en especialde las de origen hematopoyético, requerirá la implementación de tecnologías com-plementarias, como la ingeniería de tejidos (ver apartado 3.5.4), para poder poneral servicio del paciente todo el potencial existente.

3.5.3. TERAPIA CON CÉLULAS MADREEMBRIONARIAS

Las publicaciones iniciales sobre la caracterización de células madre embrionarias(ES) en ratón aparecen en el año 1981 como consecuencia de las investigacionesrealizadas por Evans y Kauffman, demostrándose tres años más tarde su capaci-dad de generar a partir de ellas todos los linajes celulares, incluida la línea germi-nal. La identificación en el año 1999, por Thompson y Gerhard, de células madrehumanas análogas a las descritas en el año 1981 en el ratón abrió una serie de po-sibilidades científicas y terapéuticas extraordinarias.

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n Las células con mayor potencialidad de aplicación en terapia celular son las cé-lulas madre, que son células con capacidad de autorreplicarse, reconstituyendoun órgano y generando los diferentes tipos de células especializadas. Puedenser de origen embrionario o adultas.

n Además de en el sistema hematopoyético, se han identificado células madre enpiel, intestino, hígado, músculo, páncreas y cerebro, entre otros órganos.

n Parece que las células madre de un linaje son capaces de originar células deotro linaje no relacionado, lo que se conoce como transdiferenciación, o de es-timular la diferenciación de las células madre de otro linaje cuando se encuen-tran en su entorno. Así, las células madre hematopoyéticas se trasplantan parala regeneración cardiaca después de un infarto.

n Las células madre mesenquimales se obtienen de la médula ósea y son más pri-mitivas que las células madre hematopoyéticas, por lo que su potencial es ma-yor. Recientemente se han aislado también de tejido adiposo, una fuente fácil yaccesible, lo que ha permitido su utilización en desórdenes musculares o en lacicatrización de úlceras.

Las células ES se aíslan mediante cultivo in vitro de la masa celular interna del blas-tocisto (entre 72 y 96 horas después de la fecundación, en ratón). Las primeras lí-neas de células ES humanas (derivadas de embriones congelados, sobrantes deprocedimientos de fertilización in vitro) se obtuvieron creciendo las células, bien so-bre un tapiz de células murinas, las cuales les proporcionaban soporte y los facto-res de crecimiento necesarios para su supervivencia, o bien añadiendo suero bo-vino con la misma finalidad. Obviamente las líneas de células ES así obtenidas nopueden ser utilizadas en aplicaciones biomédicas, dada la posibilidad de contami-nación cruzada entre las células y/o sueros de distintas especies. En los últimosaños se han obtenido líneas ES humanas sin necesidad de células de soporte nisueros animales, por lo que la seguridad biológica a la hora de utilizar estas célu-las para futuras aplicaciones clínicas es significativamente mayor.

Las células ES, cultivadas con las combinaciones adecuadas de factores, son ca-paces de generar células diferenciadas de múltiples tejidos. Las condiciones decultivo y expansión in vitro de las células ES humanas no están tan bien definidascomo las de sus homólogas murinas. Sin embargo, poco se sabe acerca de losprocesos de diferenciación in vivo de las células ES, con el agravante de que si nose diferencian adecuadamente pueden producir teratomas.53 En la actualidad exis-ten bancos de líneas celulares ES humanas perfectamente controladas y caracte-rizadas (por ejemplo, en el NIH, National Institutes of Health, de EEUU y en el MRC,Medical Research Council, del Reino Unido). En julio de 2004 el Instituto Valencia-no de Infertilidad anunció en los medios de comunicación la generación, por pri-mera vez en España, de líneas de células madre embrionarias humanas, aunquetodavía no se ha hecho pública una confirmación de su pluripotencialidad in vivo.Estas líneas no han sido reconocidas por el Ministerio de Sanidad y Consumo, alhaberse obtenido sin los consentimientos informados de los progenitores de losembriones utilizados como fuente de células madre embrionarias.

Potencial terapéutico de las células madreembrionarias

Las células ES poseen un gran potencial para el desarrollo de nuevas formas deterapia; sin embargo, su aplicación en clínica está todavía lejos de ser una realidad,aunque en el laboratorio se hayan obtenido resultados muy relevantes. Su inocula-ción directa es problemática porque, debido a su capacidad de transformarse encualquier tejido, pueden generar ciertos tipos de tumores, lo que plantea la nece-sidad de comprender con mucha mayor profundidad los programas genéticos yseñales provenientes del entorno que controlan su potencial de multiplicación y di-ferenciación. El objetivo final es poder controlar la diferenciación de las células ESpara obtener progenitores en grandes cantidades, que una vez trasplantados con-tribuyan de forma eficaz y segura a la regeneración de las estructuras dañadas.

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53 Tumores producidos por la proliferación errónea de las células madre embrionarias una vezimplantadas en un organismo.

En modelos animales, fundamentalmente en los de ratones, se han obtenido re-sultados muy interesantes. Así, células ES de ratón se han diferenciado en célu-las secretoras de insulina cuasiequivalentes a las que existen en los islotes pan-creáticos, que son capaces de revertir la diabetes experimental. En mono se hanobtenido también líneas celulares ES, habiéndose diferenciado in vitro a célulassecretoras de insulina. Para el tratamiento potencial de otras patologías, como elParkinson, se ha mejorado la eficacia de diferenciación de células ES en precur-sores de neuronas dopaminérgicas.54 También se ha conseguido la diferencia-ción de células ES en progenitores condro-osteocondrales55 (para el tratamientode lesiones articulares y óseas), en progenitores epiteliales (para el tratamiento decórneas dañadas) y en progenitores de tejido cardíaco. Por último, para el trata-miento de la hemiplejía, se han conseguido trasplantar motoneuronas (neuronasque controlan procesos motores) derivadas de células ES, con excelentes resul-tados en el reestablecimiento de las conexiones neuronales y en la mejora de lafunción motora.

Un problema que se ha de resolver en la aplicación potencial de las células madreembrionarias es la respuesta inmune frente a las mismas. Las células madre em-brionarias presentan antígenos de histocompatibilidad propios y definidos que, pre-sumiblemente, no serán compatibles con el paciente a tratar. Así, un trasplante decélulas ES debería ir acompañado de una inmunosupresión del paciente y/o deuna manipulación de los componentes inmunes de las células madre. Ambas po-sibilidades presentan graves inconvenientes.

La obtención de una línea celular ES inmunológicamente compatible con el pa-ciente pasa por el desarrollo de la tecnología conocida como transferencia nucle-ar que se basa en la eliminación del material genético de las células de una líneaES de referencia y la introducción del componente genético del paciente obtenidode una célula de su organismo. Este procedimiento se considera muy ineficaz to-davía aunque se están realizando muchos trabajos para mejorar su rendimiento enel futuro. En España, donde todavía este protocolo no ha sido aprobado, el Minis-terio de Sanidad y Consumo autorizó en febrero de 2005 los primeros cuatro pro-yectos con células madre embrionarias humanas. Los proyectos del Centro Supe-rior de Alta Tecnología de Valencia y del Banco de Células Madre de Granada pre-tenden derivar nuevas líneas celulares ES a partir de embriones congelados; porotra parte, los proyectos del Laboratorio Andaluz de Terapia Celular y del HospitalVirgen del Rocío, ambos de Sevilla, tienen como objetivo convertir las células ESen células productoras de insulina (para el tratamiento de la diabetes) y de dopa-mina (para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson). Recientemente, se haaprobado el primer proyecto del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelonapara obtener líneas en condiciones libres de xenobióticos,56 y pronto lo serán, pre-sumiblemente, varios proyectos más.

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54 Productoras del neurotransmisor dopamina.55 Capaces de diferenciarse en células de hueso y de cartílago.56 Compuesto químico que es ajeno a un organismo vivo.

3.5.4. INGENIERÍA DE TEJIDOS

La ingeniería tisular es un campo multidisciplinar que se basa en la aplicación delos principios y métodos de la ingeniería y las ciencias de la vida para, mediante elestudio de la relación estructura-función de tejidos normales, intentar desarrollarsustitutos biológicos que permitan restaurar, mantener y mejorar la función de teji-dos enfermos. Esta técnica posee el potencial de crear tejidos y órganos ex novo,englobando el manejo de células adheridas a un soporte cuasi-natural (cerámicas,polímeros sintéticos, etc.). Dichas células deben proliferar, migrar y diferenciarse,pudiendo así secretar los elementos que componen la matriz extracelular requeri-da para formar el nuevo tejido.

La ingeniería tisular debe ser abordada, por tanto, desde dos frentes: la utilizaciónde células para la regeneración de tejidos y el uso de diferentes materiales quecomponen los soportes utilizados como vehículos en los tratamientos. Los tejidossanos han sido utilizados como fuente de células para intentar reparar zonas espe-cíficas del mismo tejido que están dañadas, dando lugar a la llamada medicina re-parativa (por ejemplo, reparación de cartílago y hueso), en la que las células adul-tas sanas simplemente sustituyen a aquellas que están dañadas o envejecidas irre-versiblemente. Sin embargo, la gran capacidad de diferenciación mostrada por lascélulas madre está permitiendo el desarrollo del nuevo campo de la medicina rege-nerativa. En este escenario, el estudio de los nichos donde se localizan las célulasmadre y las señales que permiten diferenciarlas hacia uno u otro tejido, constituyeuno de los principales objetivos de la ingeniería tisular. Como se ha mencionado an-teriormente, aparte de las células madre embrionarias, se han identificado célulasmadre en la gran mayoría de tejidos adultos: médula ósea, sangre, córnea, retina,cerebro, músculo esquelético, tejido adiposo, pulpa dental, hígado, piel, epiteliogastrointestinal y páncreas (ver apartado 3.5.2). Sin embargo, la plasticidad mos-

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n Las células madre embrionarias (ES) se aíslan mediante cultivo in vitro de la ma-sa celular interna del embrión en fase de blastocisto. Actualmente se han obte-nido líneas ES humanas cuyo cultivo no requiere células de soporte ni suerosanimales, minimizando los riesgos de transmisión de agentes infecciosos.

n Las células ES, cultivadas in vitro con los factores de crecimiento adecuados,son capaces de generar células diferenciadas de múltiples tejidos, aunque, de-bido a un incompleto conocimiento de la regulación de este proceso, se puedengenerar tumores (teratomas) a partir de ellas.

n En modelos animales se ha conseguido la diferenciación de células ES a célulassecretoras de insulina, a precursores de neuronas dopaminérgicas, de condro-citos, de epitelio y de tejido cardíaco, entre otros.

n La transferencia nuclear consiste en la sustitución del material genético de unacélula ES de referencia por el componente genético de un paciente, obtenidode una célula de su organismo. Esta técnica tiene un futuro muy prometedordado que permite obtener células ES inmunológicamente compatibles con elpaciente.

trada por alguna de ellas, es decir, la capacidad para diferenciarse en un tejido di-ferente del originado, plantea la dudas sobre la regeneración de ciertos tejidos em-pleando células madre de diferente origen. La manipulación directa de células ma-dre adultas ofrece varias ventajas, incluyendo los problemas de inmunohistocom-patibilidad asociados a las células madre embrionarias y los trasplantes alogénicos.

La elección del soporte es una parte crucial del proceso, ya que debe permitir a lascélulas comportarse de una determinada manera para poder producir tejidos y ór-ganos de un tamaño y una forma designada. Hasta el momento se ha identificadouna serie de requerimientos básicos para la producción de este tipo de soportes:1) deben poseer poros de una escala apropiada para permitir las interconexionesque favorezcan la integración y vascularización del tejido; 2) deben estar com-puestos de materiales biodegradables y biorreabsorbibles, de tal manera que el te-jido pueda remplazar eventualmente dicho soporte; 3) deben poseer una superfi-cie química apropiada que favorezca la adhesión, diferenciación y proliferación; 4)deben poseer unas propiedades mecánicas adecuadas que mimeticen el sitio deimplantación; 5) no deben inducir ninguna respuesta adversa; y 6) deben ser fácil-mente fabricables en una determinada variedad de formas y tamaños.

Las técnicas de fabricación, independientemente del material utilizado, constituyenun parámetro crítico adicional de los soportes utilizados. La microarquitectura finaldebe maximizar los requerimientos de oxígeno y nutrientes necesarios para el de-sarrollo y crecimiento de las células adheridas. La utilización de dióxido de carbo-no a alta presión, o de partículas salinas de un determinado tamaño, constituye unejemplo de formación controlada de poros dentro del soporte. Numerosos mate-riales han sido ya utilizados en la fabricación de soportes para la ingeniería tisular.Aunque un material determinado cumpla todos los requisitos anteriormente ex-puestos, el tejido que se deba reparar constituye un nuevo obstáculo. La ingenie-ría tisular de hueso utiliza cerámicas inorgánicas y sintéticas, como por ejemplo hi-droxiapatito y fosfato tricálcico. Aunque las cerámicas no pueden mimetizar com-pletamente las propiedades mecánicas del hueso, sus componentes constituyenelementos inorgánicos naturales del hueso, además de poseer ciertas propiedadesosteoconductivas. Sin embargo, este tipo de materiales no puede ser utilizado entejidos que no comparten estas características, como el corazón o el cerebro. Eneste caso, los polímeros sintéticos y naturales constituyen una alternativa para es-te tipo de tejidos, siendo el ácido poliglicólico o el ácido poliláctico los polímerossintéticos más utilizados en dichas aplicaciones. Ambos productos están presen-tes en el cuerpo humano, poseyendo rutas naturales de metabolismo. Por su par-te, el colágeno es el polímero natural más demandado en la actualidad.

Productos de ingeniería de tejidos en el mercado

La ingeniería de tejidos es un mercado emergente, muy dinámico y con un enorme po-tencial de aplicación clínica. El mercado mundial se ha estimado en 60.000 M€ en2010, según datos de informes realizados por la Cámara de Comercio estadouniden-

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se y Datamonitor en 2002. Los productos de ingeniería de tejidos se pueden utilizar co-mo sustitutivos de piel para el tratamiento de quemaduras y úlceras, como sustitutivosde cartílago en la reparación de articulaciones, y como sustitutivos óseos en repara-ción de fracturas, cirugía periodontal y tratamiento de osteoporosis (tabla 15).

Carticel fue el primer producto biológico de ingeniería tisular comercial aprobadopor la FDA en agosto de 1997. El producto, basado en la extracción de condroci-tos autólogos, su expansión en cultivo y posterior reimplante, alcanzó la cifra dediez mil pacientes trasplantados en junio de 2004. Por su parte, el análisis de lasventas de Apligraf y Dermagraft (equivalentes epidérmicos para el tratamiento deúlceras) confirma el potencial clínico de estos productos, aunque las bajas ventas

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Producto Compañía Células Biomaterial

Sustitutivos de piel

Apligraft Organogenesis/ Fibroblastos y Colágeno bovinoNovartis queratinocitos

alogénicos

Dermagraft Advanced Tissue Fibroblastos alogénicos Soporte bioabsorbibleSciences/Smith & de poliglactinaNephew

OrCell Ortec Fibroblastos y Colágeno bovinoqueratinocitos alogénicos

EpiDex Modex Therapeutics/ Queratinocitos autólogos NingunoAutoderm

Epicel Genzyme Biosurgery Células de piel autólogas Ninguno

Sustitutivos de cartílago

Carticel Genzyme Biosurgery Condrocitos autólogos Ninguno

BioSeed-C Bio Tissue Technologies Condrocitos autólogos Biomatriz tipo gel

Hyalograft C Fidia Advanced Condrocitos autólogos Matriz de un derivado Biomaterials de éster de ácido

hialurónico

MACI Verigen Condrocitos autólogos Membrana de colágeno

Sustitutivos de hueso

BioSeed-Oral Bone Bio Tissue Technologies Injerto antólogo de Biomatriz tipo gelhueso mandibular

Co.don Co.don Osteoblastos autólogos Ninguno

Osteocel Osiris Therapeutics Células madre Matrizmesenquimales humanas

Skeletex Cell Factors Ninguna Colágeno y factores de crecimiento como osteoinductores

Tabla 15.Principales productos

de ingeniería tisularen el mercado

Fuente: Human tissue engineered products. Today’s markets and future prospects. 2003. FraunhoferInstitute for Systems and Innovation Research, Karlsruhe (Alemania).

iniciales reflejan el periodo de incubación característico de los productos médicos.Según datos de Organogenesis, Apligraf ha sido aplicado más de ochenta mil ve-ces a pacientes en EEUU. Por su parte, las ventas de Dermagraft crecieron un 21%en el mercado norteamericano durante el año 2004, crecimiento que, caso demantenerse, llevará al producto a una clara viabilidad en el mercado.

A pesar del clima económico negativo existente durante 2001 y 2002, la industriade ingeniería tisular sigue siendo altamente viable, con 89 empresas en todo elmundo a finales de 2002. Más de la mitad de las empresas son norteamericanas,y el resto están situadas principalmente en Europa (Alemania, Bélgica, Dinamarca,Francia, Holanda, Italia, Reino Unido, Suecia y Suiza). El gasto agregado en el sec-tor desde los años noventa excede los 3.700 M€, con una tasa de crecimientoanual media del 11%.

3.5.5. ASPECTOS CLÍNICOS DE LA INGENIERÍADE TEJIDOS

Las expectativas que despierta la ingeniería tisular se ponen de manifiesto en la rápi-da progresión mediática de los conceptos médicos de «terapia celular» (curar con cé-lulas) y «medicina regenerativa» (reconstruir órganos y funciones pérdidas). La posibi-lidad de regenerar órganos completos partiendo de los conocimientos actuales de in-geniería tisular no tiene realidad clínica y sólo se contempla como la utopía hacia laque debe dirigirse la investigación. Sin embargo, la posibilidad de curar padecimien-tos concretos mediante el uso y manipulación de células se está desarrollando de ma-nera vertiginosa en los últimos años. El descubrimiento de células pluripotenciales enlos órganos y tejidos adultos ha sido quizás el factor desencadenante, puesto que deesta manera se podía saltar la barrera de la histocompatibilidad. Además, las célulasmadre adultas, a diferencia de sus homólogas embrionarias, han demostrado ser muyseguras y prácticamente no poseen riesgo de desarrollar tumores.

La explosión bibliográfica en este campo hace innumerables las aplicaciones clíni-cas propuestas para las células madre. Sin ninguna duda el uso de las células ma-dre empezó hace muchos años con el transplante de médula ósea. Pero aplican-do los nuevos conceptos de manejo heterólogo (es decir, cuando las células se im-plantan en una localización distinta de donde se obtuvieron), los primeros que

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n La ingeniería de tejidos desarrolla sustitutos biológicos de tejidos dañados o en-fermos, basados en células adheridas a un soporte.

n Los soportes más utilizados son el colágeno, al ácido glicólico y el ácido poli-láctico. Deben ser biodegradables, favorecer la adhesión y proliferación celulary la vascularización del tejido, sin inducir repuestas adversas.

n Los primeros productos en el mercado son equivalentes epidérmicos para eltratamiento de quemaduras, condrocitos para la reparación del cartílago ysustitutivos de hueso.

empezaron a sugerir aplicaciones clínicas fueron los cirujanos cardiovasculares. Esbien conocido que el músculo cardiaco lesionado es reemplazado por tejido fibró-tico inútil para la contracción, lo que conduce a la insuficiencia cardiaca. Mediantepunciones de médula ósea, o bien realizando biopsias musculares, se pueden ex-traer células pluripotenciales y cultivarlas en el laboratorio. Posteriormente, me-diante técnicas de cateterismo cardiaco57 o con cirugía directa, estas células se in-yectan en las partes fibrosas producidas por los infartos, colonizando este tejido yconvirtiéndose en células musculares que contribuyen a mejorar la función cardia-ca. En el mundo ya se han comunicado más de cuatrocientos casos de infartos demiocardio tratados con este método, estando a la espera de conocerse cuáles sonlos resultados a largo plazo.

Algunos grupos de oftalmólogos han descrito que se puede regenerar una cór-nea opaca a partir de células madre autólogas de diversas procedencias (porejemplo, a partir de la zona límbica del otro ojo); esta técnica está entrando rápi-damente en el campo de la rutina clínica. Se han tratado enfermos con enferme-dad de Parkinson, implantando en su cerebro células procedentes de una es-tructura neurovascular denominada glomus carotideo. La regeneración ósea seestá mejorando en casos de pseudoartrosis, enriqueciendo el área con célulasmadre procedentes de la médula ósea. También se están obteniendo buenos re-sultados con células madre en el tratamiento de enfermedades autoinmunes, co-mo la esclerosis múltiple, la amiloidosis primaria, el lupus eritematoso sistémico,la artritis reumatoide juvenil y las artritis reumatoides que no responden al trata-miento habitual. En inmunodeficiencias primarias se ha aplicado el trasplante decélulas madre procedentes de cordón umbilical o de médula ósea. La enferme-dad inflamatoria intestinal, y más concretamente la enfermedad de Crohn, estásiendo tratada con trasplante de diferentes clases de progenitores. Por último, hasido sorprendente el caso de una niña de cuatro meses que recibió un trasplan-te hepático y un trasplante de células madre de la misma donante, consiguiendodieciséis semanas después la regeneración hepática con una tolerancia inmuno-lógica total.

Otro campo de gran interés para la ingeniería tisular es la cirugía, la cual, tras lasrevoluciones de la anestesia, la asepsia y la hemostasia, tiene la revolución pen-diente del control de la cicatrización. Se ha demostrado in vivo que las célulasmadre de la médula ósea acuden a las zonas del cuerpo en las que se producedaño tisular, por ejemplo, a la piel cuando se produce una herida o a la pareddel colon al practicar una anastomosis. En las tres fases clásicas de la cicatri-zación de las heridas, inflamatoria, proliferativa y de remodelación, parece quela médula ósea aporta a la piel dañada no sólo células inflamatorias y progeni-tores endoteliales, sino también células madre que juegan un papel preponde-rante y hasta ahora desconocido en las dos últimas fases. Las células madre seincorporan en gran número a las heridas e intervienen en la reparación de la der-mis (la capa interna de la piel). También cuando estas células son aportadas lo-

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57 Técnica de acceder al corazón con sofisticados catéteres desde vías circulatorias periféricas, porejemplo desde los brazos.

calmente en un lecho donde están activos procesos de reparación de tejidos seobtienen resultados parecidos. En ratones, recubriendo con células madre me-senquimales los injertos tendinosos que se usan para reemplazar el ligamentocruzado anterior de la rodilla, se ha visto que la unión tendón-hueso (la zona dedaño tisular y reparación) tiene más cartílago que cuando los injertos no se re-cubren con células madre, con lo que se consigue una unión más parecida a ladel ligamento cruzado anterior original. Además, a las ocho semanas de la ciru-gía, la resistencia de los tendones recubiertos de células es mayor que la de losinjertos tendinosos convencionales. También se ha demostrado que es posibleextraer células madre de la grasa humana (ver apartado 3.5.2), cultivarlas en ellaboratorio y usarlas para mejorar la cicatrización de fístulas rebeldes a los tra-tamientos clásicos. Esta aproximación ya constituye una realidad terapéutica,siendo el primer ensayo clínico de terapia celular que se lleva a cabo en Espa-ña. En julio de 2005, Cellerix, empresa del grupo Genetrix, ha obtenido la de-signación de medicamento huérfano para este medicamento de terapia celularpor parte de la EMEA.

Se dispone, por lo tanto, de células que no sólo mejoran la cicatrización, sino quetambién participan en la regeneración del tejido. Se trata de células con una granplasticidad que se pueden transdiferenciar a casi cualquier fenotipo celular con elestímulo y las condiciones adecuadas. A partir de células madre adultas de médu-la ósea, se han obtenido in vitro mioblastos, hepatocitos, células endoteliales, depulmón, de intestino o tejido neural. Muchos laboratorios están observando cómoa partir de células obtenidas de la grasa humana se pueden desarrollar, en mediosde cultivo adecuados, extirpes celulares tan diversas como neuronas, osteoblastoso condrocitos.

Se abre así un nuevo campo para los cirujanos. Todos los ensayos con células ma-dre adultas han demostrado lo factible (es posible conseguir y cultivar células ma-dre obtenidas del propio paciente) y seguro (no se somete al paciente a riesgosdesproporcionados cuando se le inyectan las células madre) de su utilización. Porello, está justificado el diseño de ensayos clínicos para abordar los grandes retosde la cicatrización en cirugía. Con estas premisas el mundo científico entrará de lle-no en los próximos años en la era de la medicina regenerativa basada en la tera-pia celular. Aunque la utopía de fabricar órganos aún está lejos, la reparación (la ci-catrización) es un nivel más elemental en el que ya se puede influir con terapia ce-lular; sería una medicina reparadora en lugar de regenerativa. Pero las células perse no constituyen tejidos. Los grandes retos que se plantean en el manejo clínicode la ingeniería tisular son los transportadores celulares para hacer clínicamenteadministrables las células (por ejemplo, mallas de fibrina) y los soportes que per-mitan un acomodamiento celular en los órganos tratados (por ejemplo, soportes deplasma enriquecido). Si se vencen estos dos obstáculos es probable que los tími-dos resultados que ahora se observan mejoren y la utopía de fabricar órganos seacerque.

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n Las células madre participan en el proceso de cicatrización y en la reparación detejidos. Así, es posible extraer células madre de la grasa humana y utilizarlas pa-ra la cicatrización de fístulas.

n En clínica se están utilizando células madre en el tratamiento del infarto de mio-cardio, en la regeneración de la córnea, en la regeneración hepática y en el tra-tamiento de la enfermedad de Parkinson, de enfermedades autoinmunes y deinmunodeficiencias.

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4Descubrimiento y desarrollo denuevos fármacos. Contribuciónde la biotecnología y las nuevasdisciplinas emergentesn

Al permitir la biotecnología un mejor conocimiento de los procesos biológicos,facilita el descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos, tanto «convenciona-les» (pequeñas moléculas químicas) como recombinantes. Las nuevas herra-mientas biotecnológicas contribuyen al descubrimiento de fármacos a través deuna mayor novedad, diversidad y selectividad de compuestos y dianas tera-péuticas, permitiendo unos procesos de obtención más seguros, baratos y efi-caces.

La secuenciación a gran escala del ADN, que ha posibilitado el conocimiento com-pleto del genoma humano, ha permitido conocer la secuencia genómica comple-ta de numerosos genes, así como las alteraciones de su patrón de expresión ensituaciones patológicas y sus variaciones de secuencia en individuos enfermos. Derepente, numerosos genes y sus correspondientes proteínas se han podido corre-lacionar con diferentes patologías, de manera que su inactivación permitirá el tra-tamiento de esa enfermedad. Una vez validados dichos genes como dianas tera-péuticas, y con la ayuda de la ingeniería genética, es posible poner a punto méto-dos de ensayo de compuestos, automatizados, miniaturizados y de altorendimiento (high-throughput screening, HTS, escrutinio de alto rendimiento). Es-tos normalmente se realizan con compuestos orgánicos, mayoritariamente de ori-gen sintético obtenidos por Química Combinatoria (QC), o con colecciones de pro-ductos aislados de la naturaleza. La evaluación biológica permite la identificaciónde compuestos activos in vitro, llamados hits (modelos), que una vez identificadosconducen a la obtención de compuestos activos in vivo, no tóxicos y con buenaspropiedades de absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME), llama-dos leads (precandidatos). La modificación de esos precandidatos proporciona, fi-nalmente, los candidatos a fármacos para ser ensayados en las diferentes fasesclínicas.

Una novedad importante introducida recientemente en el proceso de descubri-miento de fármacos es que desde un estadio muy inicial del proceso se investiganlas propiedades ADME y las de toxicidad de los hits y de los leads, de manera ca-si paralela al estudio de su actividad. Antes estos estudios solo se realizaban encompuestos cercanos a la fase preclínica cuando ya se había invertido muchotiempo y dinero en el desarrollo, con las consabidas consecuencias negativas si elproyecto se debía abandonar.

Hasta los años ochenta, las moléculas bioactivas se descubrían acciden-talmente, por escrutinio al azar (random screening) o por modificación de moléculas conocidas, principalmente productos naturales. Con el desarrollo de la biología molecular y celular en los años noventa y la introducción de la informática, el proceso incorporó una parte más deductiva, que finalmen-te ha conducido al proceso actual, más integrado, que se resume en la figu-ra 11.

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La biotecnología, además de contribuir al desarrollo del principio activo, tambiénestá jugando un papel importante en otra área fundamental del proceso de desa-rrollo de un fármaco, como es la de los sistemas de administración de fármacos(DDS, Drug Delivery Systems58). El interés de los DDS se centra en tres tipos deactividades: (i) estrictamente terapéuticas: aumento de la solubilidad, aumento dela eficacia del fármaco, mejora de sus propiedades ADME y disminución de la to-xicidad; (ii) empresariales: protección de la patente, aumento del tiempo de vida eincremento del retorno/inversión; (iii) asistenciales: comodidad de administracióny satisfacción del paciente. Los DDS son especialmente útiles para la administra-ción de biofármacos (anticuerpos, vacunas, hormonas, péptidos, etc.), pues és-tos tienen muchas veces unas pobres propiedades ADME debido a su estructuraquímica. Asimismo, son también útiles para la administración de fármacos anti-cancerígenos, los cuales, debido a su toxicidad y falta de especificidad, son ad-ministrados en concentraciones bajas y en condiciones que no son agradablespara los pacientes. Aunque muchos de los DDS están basados en biopolímeros,algunos de ellos naturales como los polisacáridos y los derivados de proteínas(colágeno, albúmina), es importante disponer de alternativas para el diseño y lapreparación de nuevos tipos de polímeros.59 Actualmente se está explorando lautilización como DDS de dendrímeros (polímeros altamente ramificados) y foldá-

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58 Método de administración de fármacos mediante liberación controlada, a fin de que una cantidadóptima alcance el lugar donde debe actuar; generalmente los DDS utilizan macromoléculasbiocompatibles como transportadores del fármaco.59 Estructuras constituidas por la repetición de una o varias moléculas.

Figura 11.Proceso actual

de descubrimiento de fármacos

Genómicafuncional

Proteómicafuncional Diana Diana

validada

Validación

Automatización

Productos naturalesHTSHIT

QC

LEAD

Potencia Selectividad ADME Toxicidad Patentabilidad

QCCompuestos sintéticos

Screening in silico(potencia y farmacología)de 75-125.000 compuestos

QC

FÁRMACOCANDIDATO

La genómica y proteómica permiten obtener una diana farmacológica sobre la que actuará el fármacocandidato. Una vez validada, la diana se utiliza en un escrutinio de alto rendimiento (HTS, high-throug-put screening), en el que se pueden ensayar tanto productos naturales como compuestos sintéticos,estos últimos obtenidos por química combinatoria (QC) o mediante un escrutinio teórico basado ex-clusivamente en herramientas informáticas (screening in silico). El HTS proporciona compuestos acti-vos in vitro (modelos o hits), que conducen a la obtención de compuestos activos in vivo (precandida-tos o leads); la modificación de los precandidatos conduce, finalmente, al fármaco candidato que seráensayado en la clínica.

meros (oligómeros60 con talla y estructura definidas) inspirados en péptidos y pro-teínas.

En resumen, la biotecnología y las disciplinas emergentes relacionadas están cam-biando totalmente las reglas que existían en el descubrimiento y desarrollo de fár-macos. Así, la biotecnología permite definir nuevas dianas (genómica, proteómica),obtener nuevos compuestos (screening de productos naturales, química combina-toria), diseñar nuevas terapias (farmacogenómica), desarrollar compuestos más se-lectivos (diseño racional de fármacos basado en estudios de estructura-función,cristalografía de proteínas), llevar a cabo un nuevo desarrollo preclínico medianteensayos de eficacia y toxicidad menos costosos y más rápidos (cultivos celulares,modelos animales, toxicogenómica), producir a gran escala nuevas sustancias másseguras y no accesibles con las metodologías tradicionales (bioproducción, pro-ducción en animales y plantas transgénicas), utilizar nuevas y más poderosas he-rramientas de análisis (bioinformática) y utilizar biomoléculas a escala nanométricacon nuevas perspectivas en el diagnóstico y la terapéutica (biosensores, nanobio-tecnología). En el futuro, se espera que la automatización de los laboratorios tantoen síntesis, análisis, como en purificación vaya en aumento; que el desarrollo de lasnanotecnologías y tecnologías en fibra de vidrio permita contar con bibliotecas decompuesto en chips, permitiendo evaluaciones rápidas y fiables; que el desarrollode la química en fase sólida permita transformaciones químicas más sofisticadas;y que exista un incremento en la fiabilidad de los métodos virtuales in silico61 en sucapacidad para predecir la potencia, así como en la predicción de las propiedadesfisicoquímicas y de ADME.

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60 Polímero con un número pequeño de repeticiones.61 Aquellos que utilizan exclusivamente herramientas informáticas.

4.1. El screening como fuente defármacos

4.1.1. LOS PRODUCTOS NATURALES

Durante décadas, los productos naturales han sido reconocidos como una valiosafuente de fármacos. Alrededor del 60% de las moléculas de pequeño tamaño apro-badas para su uso terapéutico en los últimos veinte años son productos naturales,o derivados de los mismos. En ciertas áreas terapéuticas esta proporción aumenta,de forma que más del 70% de los antibacterianos y los antitumorales se derivan deproductos naturales. Esto no es de extrañar si se considera que dichos productoshan evolucionado para la autodefensa de las especies que los producen. Pero másaún, la presencia de los productos naturales es significativa incluso en áreas tera-péuticas en las que podría parecer irrelevante, tales como el tratamiento de la hi-percolesterolemia, la diabetes, la artritis o la depresión. Una posible explicación esque aunque los productos naturales no hayan coevolucionado con las macromolé-culas que son diana farmacológica de estas enfermedades, sí lo han hecho para in-teraccionar con otras biomoléculas. Teniendo en cuenta que los dominios estructu-rales62 de las macromoléculas biológicas son limitados en su número y se han con-servado en gran medida durante la evolución, no es de extrañar que se puedaencontrar en un hongo o en una bacteria un compuesto capaz de interaccionar conuna enzima clave de la ruta de síntesis del colesterol. Además, el hecho de que losproductos naturales hayan evolucionado para cumplir una función biológica deter-minada les hace, en general, capaces de penetrar las barreras biológicas y alcanzarlas células u orgánulos subcelulares en los que deben ejercer su efecto.

Entre los cientos de miles de proteínas humanas, el número de diferentes dominiosestructurales es sólo de 600 a 8.000. De esta forma, proteínas que cumplen fun-ciones muy diferentes pueden parecer bastante similares desde un punto de vistaestructural. Así, por ejemplo, los dominios catalíticos63 de la leucotrieno A4 hidro-lasa (enzima implicada en procesos inflamatorios) y de la termolisina (enzima quedegrada otras proteínas) son parecidos. Ello ha permitido sintetizar derivados debestatina, un conocido inhibidor de la termolisina, con fuerte actividad antiinflama-toria. Sin embargo, esta flexibilidad funcional de los dominios estructurales de lasproteínas naturales no implica una falta de especificidad de los compuestos que in-teraccionan con ellas, pues existe una gran biodiversidad en las formas de combi-nar dichos dominios. Así pues, una vez encontrado un compuesto natural capazde interaccionar con un determinado dominio de una proteína, éste podría ser elpunto de partida para la generación de bibliotecas de compuestos similares entrelos que se seleccionaría el de mayor potencia y especificidad. Esta estrategia sefundamenta en la sinergia que se puede crear entre los productos naturales y laquímica combinatoria.

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62 Porción de una proteína con una estructura tridimensional característica.63 Porción de la proteína donde tiene lugar la reacción enzimática.

A pesar del gran número de fármacos que son productos naturales o están direc-tamente inspirados en ellos, el interés de muchas grandes compañías farmacéuti-cas por el descubrimiento de fármacos a partir de productos naturales comenzó adecaer en la década de los años noventa por razones eminentemente prácticas.Cuando la automatización, robótica y biocomputación llegaron al campo del des-cubrimiento de fármacos, la química llegó a ser el paso limitante, no pudiendo su-ministrar el ingente número de compuestos que los nuevos sistemas de búsquedarequerían. Por otra parte, el descubrimiento de fármacos a partir de productos na-turales se seguía haciendo a la manera tradicional, es decir, los extractos crudosse sometían a los ensayos y, en caso de evidencia de actividad, el extracto se frac-cionaba y el compuesto causante de la misma se aislaba y caracterizaba median-te un proceso lento, ineficiente y muy laborioso. A estas dificultades se sumabanlas derivadas de la propiedad intelectual de algunos compuestos aislados de fuen-tes naturales. Así, por ejemplo, las quejas de un grupo de indígenas de la Amazo-nía brasileña interrumpieron un programa que estaba llevando a cabo la universi-dad de São Paulo, encaminado a descubrir nuevos fármacos en su región. Es ne-cesario establecer una legislación, en el marco de la «Convención de las NacionesUnidas sobre Diversidad Biológica», que permita eliminar estos problemas, prote-ger el medio ambiente y asegurar acuerdos justos entre los países en que se re-colectan las sustancias y las compañías que los desarrollan y explotan comercial-mente.

En la década de los años noventa se produjo un alarmante descenso en el núme-ro de nuevas entidades químicas aprobadas; este descenso se relacionó con ladisminución de interés por los productos naturales. Sin embargo, la tendencia pa-rece estar invirtiéndose, entre otras razones, debido a los avances en las tecnolo-gías de separación y a la velocidad y sensibilidad de los métodos empleados parala determinación de la estructura de los compuestos. Por otra parte, se está reco-nociendo cada vez más la utilidad intrínseca de los productos naturales como fuen-te de precandidatos. Así pues, en muchas compañías farmacéuticas pequeñas, losproductos naturales son una fuente de compuestos para el screening, si no la úni-ca. Para las grandes compañías interesadas en retomar los productos naturalescomo fuente de descubrimiento de fármacos, el abastecimiento procedente de laspequeñas empresas puede ser una forma de hacerlo.

Se están buscando estrategias experimentales encaminadas a aumentar el rendi-miento en el aislamiento y producción de productos naturales. Una de ellas es lamanipulación genética que permita su producción por organismos fácilmente cul-tivables en el laboratorio. También hay que destacar la aparición de nuevas tecno-logías que permiten el aislamiento y determinación de las estructuras de los com-puestos en una mezcla compleja de una forma automatizada. Mediante el empleode la robótica, la determinación automatizada de pesos moleculares, las técnicasavanzadas de cromatografía líquida y la comparación con poderosas bases de da-tos químicas, se puede determinar en pocas horas la presencia de nuevas estruc-turas químicas en una muestra biológica. La primera aproximación sistemática a labúsqueda de fármacos en una colección de productos naturales puros se llevó a

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cabo con la colección de Productos Naturales alemana, depositada en el Hans-Knöll Institut (Jena, Alemania) y que contiene unos cuatro mil compuestos natura-les y derivados; dicha colección está siendo empleada por diversas compañías far-macéuticas y agroquímicas europeas. Cabe destacar en este sentido la oferta dela compañía Analyticon con sus colecciones MEGAbolite (hasta diez mil productosnaturales de bajo peso molecular, alta diversidad estructural y pureza) y NatDiver-se (derivados semisintéticos de productos naturales), que ya están siendo emplea-das por compañías farmacéuticas como Sanofi-Aventis, Roche, Bayer y Schering-Plough, entre otras.

En España, la compañía PharmaMar es pionera en la búsqueda de compuestosantitumorales a partir de microrganismos y macroorganismos de origen marino,con una colección superior a las cuarenta mil muestras. Su compañía hermanaNeuropharma, utilizando la misma colección de extractos, se dedica a la búsque-da de fármacos para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, como laenfermedad de Alzheimer. El Instituto Biomar, de León, dispone de una amplia co-lección de extractos (de bacterias unicelulares marinas, actinomicetos y hongos),que, en colaboración con diferentes compañías farmacéuticas, utiliza para el ensa-yo de diferentes actividades de interés farmacológico.

4.1.2. QUÍMICA COMBINATORIA

El concepto de química combinatoria, o síntesis combinatoria, está asociado a laproducción simultánea de una colección de moléculas en lugar de una única, co-mo se hacía tradicionalmente. Aplicado inicialmente al campo de los péptidos, elobjetivo primario era la preparación simultánea de todos los posibles péptidos deun determinado tamaño. Así, en 1991 se publicaron los dos primeros artículos enel campo de la química combinatoria, que toma su nombre del correspondientetérmino matemático. En éstos, se describe la síntesis concurrente de una colec-ción (biblioteca, quimioteca) de varios millones de entidades químicas (péptidos) ysu aplicación para identificar aquellas que interaccionaban con unas dianas deter-minadas. Al contrario de lo que pasa en otras disciplinas, donde la transferencia deconocimientos de la academia a la industria es lenta, en este caso fueron las gran-des compañías farmacéuticas quienes primero crearon departamentos de químicacombinatoria, y propiciaron y alentaron el nacimiento de pequeñas empresas ba-

n Más del 70% de los fármacos antitumorales y antibacterianos se derivan de pro-ductos naturales; también existen fármacos de origen natural en áreas terapéu-ticas como la diabetes, la hipercolesterolemia, la artritis y la depresión.

n Una vez encontrado un compuesto natural capaz de interaccionar con una de-terminada proteína, éste puede ser el punto de partida para desarrollar, median-te química combinatoria, colecciones de compuestos similares.

n Se están desarrollando nuevas tecnologías para aislar y determinar la estructurade los compuestos de una mezcla compleja de manera automatizada.

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sadas en este tipo de química. Paralelamente también se crearon grupos acadé-micos dedicados a esta disciplina, apareciendo nuevas revistas científicas, publi-cándose un gran número de libros y organizándose simposios monográficos. Nohay duda al afirmar que la química combinatoria ha sido una de las disciplinas denueva creación, cuya implementación ha sido más rápida tanto en el sector aca-démico como en el industrial.

Aunque la química combinatoria es una disciplina relativamente joven, ha experi-mentado desde sus inicios una evolución importante. Así, en su concepción origi-nal, su principal objetivo era desarrollar estrategias que permitieran cubrir el mayorespacio químico posible y, por lo tanto, aumentar las posibilidades de encontrarnuevas entidades químicas con propiedades interesantes. Los primeros trabajosdescribían la preparación de bibliotecas formadas por mezclas de miles, inclusomillones, de compuestos, principalmente péptidos, oligonucleótidos y ácidos pép-tido-nucleicos. Así, por ejemplo, una biblioteca de todos los pentapéptidos quecontengan los 20 aminoácidos naturales posee 3.200.000 miembros (205 combi-naciones). Desde el punto de vista sintético, la preparación de estas bibliotecas decompuestos se debe llevar a cabo mediante la estrategia de la fase sólida.

Con posterioridad, los objetivos de la química combinatoria se concentraron en lapreparación, también en fase sólida, de bibliotecas más pequeñas de compuestosindividuales de estructura simple, con una pureza moderada y no totalmente ca-racterizados. Actualmente, la química combinatoria se dirige a la obtención rápiday racional de bibliotecas de unos ciento cincuenta compuestos, a una escala de almenos 5 mg (preferiblemente entre 25 y 50 mg), con una pureza superior al 95%y con todos sus miembros caracterizados, al menos, por espectrometría de masas

La estrategia de la fase sólida, desarrollada por Bruce Merrifield para la síntesis depéptidos, se basa en tener el ácido carboxílico del primer aminoácido de la secuen-cia de un péptido o una proteína unido covalentemente a un polímero insoluble, quea su vez hace de grupo protector. Por lo tanto, este componente C-terminal del pép-tido es insoluble en los disolventes que se usan en el proceso sintético. Así, des-pués del proceso de síntesis, el exceso de reactivos y una gran mayoría de los pro-ductos secundarios se pueden eliminar por simple filtración y lavado del polímeroque contiene el péptido en crecimiento. Este hecho influye favorablemente para quelos reactivos se puedan utilizar en exceso, consiguiendo en muchas etapas rendi-mientos prácticamente cuantitativos.

La técnica de la fase sólida, que parecía que era únicamente válida para la prepa-ración de biomoléculas, tales como péptidos u oligonucleótidos, se ha incorpora-do a la cotidianeidad de cualquier laboratorio para realizar síntesis de moléculas or-gánicas pequeñas. En estos casos el soporte sólido sigue estando unido a un frag-mento de la molécula en construcción, formando muchas veces parte de un grupoprotector. Esta unión desaparece en la última etapa del proceso, que es donde selibera el compuesto final del soporte. El screening de las bibliotecas de mezclasque se preparan en fase sólida se puede realizar en el propio soporte o una vez se-parado del mismo. En este segundo caso, la identificación de los compuestos másactivos se realiza mediante sistemas de deconvolución (preparación de sub-biblio-tecas cada vez más pequeñas, que permiten identificar de una manera fiable el/loscompuesto(s) activo(s)).

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y resonancia magnética nuclear. La preparación de estas bibliotecas se hace me-diante técnicas que combinan en paralelo estrategias en solución y en fase sólida.El diseño racional de estas bibliotecas está basado en los productos naturales o enla síntesis orientada hacia la diversidad (DOS, Diversity Oriented Synthesis). LaDOS se basa en la construcción de bibliotecas de moléculas orgánicas con unaestructura compleja e inspirada, a ser posible, en los productos naturales, cuya ru-ta sintética esté dirigida por reacciones químicas consistentes y con una estereo-química64 más rica que la encontrada en las bibliotecas tradicionales.

La química combinatoria ha supuesto una verdadera revolución tanto en el campode la química orgánica en general como en el campo de la biomedicina en parti-cular, puesto que ha cambiado la manera de trabajar en los laboratorios y, más im-portante aún, su forma de pensar. La introducción de las técnicas combinatoriasen los laboratorios ha supuesto un cambio radical de los mismos. Así, la existen-cia de robots especialmente diseñados para el laboratorio ha permitido la automa-tización precisa de muchas etapas del proceso de síntesis de compuestos. Asi-mismo, los métodos sintéticos, analíticos y de purificación han evolucionado sus-tancialmente. La escala de trabajo se ha visto radicalmente reducida. En estosmomentos, se sintetizan únicamente en las cantidades necesarias para su scree-ning biológico. Es de prever que con el desarrollo de las nanotecnologías la esca-la de trabajo se verá aún más reducida. Por otra parte, la gestión, búsqueda y aná-lisis de la enorme cantidad de información que está generando tanto la químicacombinatoria como otras disciplinas químicas han favorecido la aparición de la qui-mioinformática. Esta disciplina está jugando un papel importante en el descubri-miento de nuevos fármacos, sobre todo aplicada al screening virtual, término am-pliamente usado para el análisis computacional de base de datos de compuestosquímicos con el fin de identificar posibles candidatos a fármacos.

4.1.3. HIGH THROUGHPUT SCREENING

El High Throughput Screening (HTS), o escrutinio de alto rendimiento, es un pro-ceso en el que un elevado número de compuestos se analiza mediante un ensayo(denominado ensayo primario) que pone de manifiesto su capacidad de interac-

n La química combinatoria se basa en la producción simultánea de una colecciónde miles, e incluso millones, de moléculas. Inicialmente, se obtenían coleccionesde péptidos, oligonucleótidos y ácidos péptido-nucleicos.

n Actualmente se tiende a preparar colecciones menos numerosas, pero de mayorcalidad y relevancia, por ejemplo, de unos ciento cincuenta compuestos, conuna pureza superior al 95% y con todos sus miembros caracterizados estructu-ralmente; la escala de síntesis se ha reducido a la cantidad necesaria para utili-zar en el screening biológico.

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64 Disposición espacial de los átomos de una molécula, que influye en sus propiedades y en sureactividad.

cionar con una diana farmacológica dada. Aquellos compuestos que resulten acti-vos en el ensayo primario serán sometidos a posteriores estudios encaminados adeterminar su potencial farmacológico para el tratamiento de la enfermedad de in-terés. En una campaña de HTS típica se pueden analizar entre 100.000 y2.000.000 de compuestos, de los que sólo unos pocos podrán considerarse can-didatos a fármacos y avanzarán en las fases posteriores del desarrollo farmacéuti-co. La velocidad del ensayo primario en el HTS puede alcanzar los 20.000 com-puestos/semana. En las campañas de Ultra High Throughput Screening (UHTS) sepueden analizar más de 100.000 compuestos/día. Como fuente de compuestospara el HTS, tradicionalmente, y como ya se ha comentado, se ha venido recu-rriendo a las librerías de compuestos procedentes de química combinatoria.

Debido a la necesidad de procesar miles de ensayos diarios, el HTS ha impulsadoel desarrollo de sistemas robotizados y el empleo de placas multipocillo. Aunqueinicialmente se han empleado las placas de 96 pocillos, con el tiempo las compa-ñías farmacéuticas han ido moviéndose hacia nuevos formatos de mayor densidady menor volumen de reacción (por ejemplo, microplacas de 384 y 1.536 pocillos),de forma que se aumenta la velocidad del HTS y, lo que es más importante, dis-minuye el coste por ensayo. Con respecto al tipo de ensayos primarios, normal-mente se utilizan ensayos in vitro sencillos y reproducibles (ELISA, proliferación/ci-totoxicidad, unión a la diana...), aunque de limitada relevancia biológica. Cuando sedetecta un positivo en el screening primario, los estudios posteriores determinaránsu interés farmacológico.

La automatización de los ensayos mediante la robotización permite aumentar la ve-locidad del HTS, a la vez que libera al personal del laboratorio de realizar un traba-jo muy tedioso. El elevado uso de los sistemas automáticos de screening hace quealgunas compañías, en particular las no muy grandes, prefieran dedicar su perso-nal a los ensayos secundarios y a impulsar los compuestos positivos por las fasessiguientes de desarrollo, subcontratatando la realización del ensayo primario acompañías especializadas en el empleo de la robótica en el HTS.

A pesar de que el HTS ha sido durante los últimos diez años la estrategia preferidapor las grandes industrias farmacéuticas para la búsqueda de nuevos fármacos, labaja productividad de la misma ha sido tan notoria, que ha sido objeto del interés deun artículo de portada del diario Wall Street Journal, titulado «Drug Industry’s Big Pushinto Technology Falls Short»,65 del 24 de febrero de 2004. En el mencionado artículose comenta el hecho de que la falta de buenos resultados en los últimos años en labúsqueda de nuevos compuestos por la industria farmacéutica, proviene de la susti-tución de la capacidad intelectual y creativa del investigador por la estrategia basadaen el análisis rutinario de millones de compuestos por un robot. Frente a este hechoinnegable, se están revisando las estrategias del HTS, modificándolas para aumentarsu productividad y rapidez, ya que el tiempo durante el cual la explotación comercialde un compuesto está protegida por una patente es cada vez más reducido, tenien-do en cuenta la elevada duración de las fases clínicas del desarrollo del fármaco.

14565 Traducido: La gran apuesta de la industria farmacéutica por la tecnología se queda pobre.

La química combinatoria se contempla como una herramienta para el HTS, aunqueno la única. Parece que el éxito en la búsqueda de fármacos no es una cuestión demanejar grandes números de compuestos, sino que hay que encontrar un equilibrioentre el empleo de la química, la robótica y la información biológica. En la actualidadha dejado de tener sentido la generación aleatoria de librerías de millones de com-puestos y la tendencia es hacia la producción de otras menos numerosas, pero demayor calidad, diversidad y relevancia. Para ello, puede ser de gran valor la infor-mación procedente de los resultados obtenidos en el descubrimiento de fármacosa partir de productos naturales y la ayuda de la bioinformática (ver apartado 4.6),que puede orientar sobre las estructuras químicas que tendrán mayor probabilidadde interaccionar con la diana. Aunque los ensayos de prueba-error son intrínsecosal HTS, la integración de la información procedente de los productos naturales y delas bases de datos de genómica66 y proteómica67 sugerirán qué tipos de estructu-ras químicas deben generarse por química combinatoria para aumentar la probabi-lidad de éxito de la búsqueda. En algunas compañías se está siguiendo una estra-tegia en la que la información obtenida sobre las estructuras activas en los ensayosretroalimenta el sistema de producción de nuevas librerías combinatorias, que vanpor tanto aumentando su calidad por el número de compuestos activos que con-tienen.

Para elevar la velocidad del HTS, permitiendo ensayar un mayor número de com-puestos en un mayor número de ensayos primarios, la técnica de la microfluídicaproporciona datos de la absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME),así como de toxicología, en una etapa inicial del screening; de este modo permitereducir el porcentaje de compuestos que son abandonados por alguna de estascausas en fases más avanzadas del desarrollo. Esta técnica se basa en un siste-ma de chips generados por micromanipulación de pequeñas gotas (ver apartado4.8.1). Así, se pueden llevar a cabo reacciones químicas y ensayos de actividad,en volúmenes finales del orden de los nanolitros (10-9 litros), con velocidad y con-sistencia elevadas, y un considerable ahorro de reactivos (se estima que con unequipo como el LabChip3000 de la compañía Caliper se pueden analizar hasta18.000 compuestos en una jornada de trabajo).

n Mediante un escrutinio de alto rendimiento (high throughput screening, HTS) sepueden analizar miles de compuestos en un ensayo biológico. La fuente de com-puestos analizables son librerías obtenidas por química combinatoria.

n Gracias a los sistemas robotizados y al empleo de placas multipocillo, se ha au-mentado la velocidad del HTS y se ha reducido el coste del ensayo.

n Además de realizar un screening para buscar compuestos con una determinadaactividad farmacológica, se está comenzando a utilizar en las etapas iniciales dedesarrollo de fármacos, por ejemplo, en los ensayos de toxicología y de farma-cocinética.

146

66 El estudio de todos los genes de un organismo.67 El estudio de todas las proteínas de un organismo.

4.1.4. HIGH CONTENT SCREENING

Las compañías farmacéuticas se enfrentan al reto de convertir las promesas de larevolución genómica en una fuente de nuevos fármacos más efectivos y seguros.Para ello necesitarán transformar y mejorar el proceso de descubrimiento de fár-macos. Un elevado número de compuestos es eliminado en las fases avanzadasdel desarrollo farmacológico debido a su toxicidad y a la falta de información pre-via sobre su efecto en un sistema biológico completo. Con el objetivo de disminuircostes y tiempo de desarrollo de los fármacos será necesario aumentar la relevan-cia de las dianas mediante el empleo de nuevas herramientas que aporten una in-formación de mayor calidad. Los sistemas de búsqueda de compuestos basadosen análisis de imágenes celulares ofrecen una vía para ello; al aportar una valiosainformación de lo que ocurre en el interior de la célula, pueden ayudar a discernirdurante la fase de validación e identificación qué compuesto tiene mayor probabi-lidad de completar las fases tardías del desarrollo farmacéutico.

El High Content Screening (HCS), escrutinio de alto contenido, es una tecnologíaemergente que permite a los investigadores visualizar lo que ocurre en el interior deuna célula (la actividad de genes, proteínas y otros componentes de las células vi-vas) y evaluar la evolución de varios procesos celulares a lo largo del tiempo. ElHCS suministra información de los cambios que tienen lugar en la célula, lo que re-sulta de gran interés para la predicción de la actividad in vivo de un compuesto da-do. Así pues, el HCS se ha concebido como una plataforma para la medida de lasrespuestas espaciales y temporales de las células a fármacos y tratamientos bioló-gicos. Esto se lleva a cabo mediante el empleo de marcadores fluorescentes, com-binados con la toma de imágenes de alta resolución y análisis de alta capacidadde las mismas. El uso de biosensores fluorescentes y microscopia multimodal, quepermite la integración de los resultados obtenidos en la misma célula mediante di-ferentes técnicas microscópicas, hace posible tratar a la célula viva como una po-derosa y nueva herramienta de búsqueda de nuevos fármacos. Ya que las proteí-nas son mediadoras de gran número de reacciones químicas que tienen lugar enla célula, son los candidatos ideales no sólo para estudiar la distribución dinámicade determinadas reacciones en la célula, sino también para actuar de indicadoresde las interacciones proteína-proteína que regulan las funciones celulares. Una vezseleccionada la proteína apropiada, o bien uno de sus fragmentos, se pueden de-terminar los cambios en su actividad o en su localización intracelular, mediante elmarcaje con reactivos fluorescentes.

El empleo de un entorno celular en las fases iniciales de la búsqueda de fármacos,mediante los ensayos con células funcionales, aporta una información inmediatasobre la actividad de los compuestos, así como su posible toxicidad y efectos se-cundarios. Al sustituir los métodos tradicionales, que miden un solo parámetro, porel HCS (existe software que permite la medida simultánea de hasta cien paráme-tros analíticos), se puede obtener una completa información del efecto de un can-didato a fármaco sobre el conjunto de los procesos celulares, lo que permite una

147

predicción más exacta de los resultados de los futuros ensayos clínicos. Además,aporta una valiosa información sobre su unión, toxicidad y penetración en la célu-la. Otras ventajas del HCS son que aporta información de lo que ocurre en una cé-lula dada, en lugar de la media de los efectos sobre muchas células, y que me-diante el análisis multiplex permite evaluar las interacciones entre candidatos a fár-macos, múltiples dianas celulares y propiedades biológicas. Esta información dequé ocurre en la célula viva, es decir, en el entorno en que el compuesto ejercerásu efecto biológico, ayudará a reducir costes al disminuir el número de ensayos clí-nicos y preclínicos.

Los segmentos clave del mercado de HCS incluyen ensayos celulares sencillos yreproducibles, métodos de marcaje molecular y sistemas de análisis de imagen au-tomatizados y de almacenamiento de la información. En este momento las princi-pales limitaciones técnicas del HCS no proceden del hardware, sino del software.Los sistemas de HCS generan un gran número de imágenes que han de ser ana-lizadas y almacenadas para futuras consultas. Por ejemplo, en un screening pri-mario empleando el IN Cell Analyzer 3000 de Cellomics se pueden analizar hastacinco millones de compuestos en un periodo de tiempo de nueve meses, gene-rándose entre una y veinte imágenes por compuesto. Como resultado se obtienenmillones de imágenes que se parecen mucho entre sí y que normalmente se archi-van de forma separada a los datos numéricos. Teniendo en cuenta que los archi-vos de imagen son varios órdenes de magnitud más voluminosos que los de da-tos, se pueden crear problemas de capacidad de memoria de almacenaje. Por otraparte, sin un sistema informático que permita analizar, comparar, almacenar y lo-calizar fácilmente estas imágenes, se puede producir un cuello de botella que im-pida que el HCS sea operativo. Por ello, las compañías líderes en la instrumenta-ción para el HCS están colaborando con otras expertas en informática para el de-sarrollo de nuevos sistemas que permitan extraer la información relevante de losensayos (cada nuevo ensayo requiere nuevos algoritmos para su análisis) y su cla-sificación y almacenaje para una posible revisión posterior del análisis de los datosquímicos y biológicos.

n Así como la información proporcionada por el HTS no tiene una relevancia bioló-gica importante, el escrutinio de alto contenido (high content screening, HCS)evalúa la evolución de varios procesos celulares a lo largo del tiempo, permitien-do obtener información inmediata sobre la actividad de los compuestos, su toxi-cidad y efectos secundarios.

n El HCS utiliza ensayos con células funcionales y de marcaje molecular, sistemasde análisis de imagen automatizados y métodos de almacenamiento de la infor-mación. Estos últimos son la limitación del HCS, dado el gran volumen de infor-mación que se genera.

n Junto a compañías de bioinformática, se están desarrollando nuevos sistemasque permitan extraer, clasificar y almacenar la información obtenida en los ensa-yos de forma fácil y rápida.

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4.2. Nuevos sistemas de producción:plantas y animales transgénicos

4.2.1. UTILIZACIÓN DE ANIMALESTRANSGÉNICOS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOPRODUCTOS

Desde la producción del primer animal transgénico por Gordon y Ruddle en 1981,la producción de bioproductos de interés para la salud humana en animales, porejemplo la utilización de la glándula mamaria como factoría de proteínas de aplica-ción en medicina, ha sido uno de los principales objetivos de la comunidad cientí-fica y de las compañías dedicadas a la producción de animales transgénicos. Losavances en estos años han sido lentos, pero en estos momentos existe una situa-ción idónea para el desarrollo de estos productos, debido a factores tales como losavances producidos en las técnicas moleculares y reproductivas, el conocimientodel genoma, la identificación de productos de interés comercial, la mejora de losprocesos de purificación y la aceptación de este enfoque por parte de las agenciasreguladoras y de la opinión publica. Hasta muy recientemente, el sistema para pro-ducir estos animales transgénicos era la inyección pronuclear, técnica muy pocoeficiente (ver apartado 3.4.4). Sin embargo, la aparición de la clonación mediantetransferencia nuclear ofrece en la actualidad una nueva tecnología mucho más efi-ciente para producir animales transgénicos en especies ganaderas. Esta nuevatecnología ha ayudado también a la formación o consolidación de varias empresas(ver tabla 16) que utilizan distintos modelos animales para la obtención de sus bio-productos.

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Animal transgénico Compañía

Vaca GTC (Framingham, MA, EEUU)Gala Biotech (Middleton, WI, EEUU)Hematech (Westport, CT, EEUU)Pharming (Leiden, Holanda)BioSidus (Argentina)

Gallina Vivalis (Nantes, Francia)Avigenics (Athens, CA, EEUU)TranXenoGen (Shrewsburg, MA, EEUU)Origen Therapeutics (Burlingame, CA, EEUU)

Cabra GTC (Framingham, MA, EEUU)Nexia Biotechnologies (Montreal, QC, Canadá)

Oveja GTC (Framingham, MA, EEUU)PPL Therapeutics (Edimburgo, Reino Unido)

Peces Ecoarray (Alachua, FL, EEUU)

Conejo Pharming (Leiden, Holanda)BioProtein Technology (Paris, Francia)

Tabla 16. Principalescompañías que trabajan en la producción de bioproteínas en animalestransgénicos

Sistemas de producción de transgénicos

Un animal transgénico contiene un fragmento de ADN exógeno que está integra-do de forma estable en su genoma. Este ADN puede proceder de otro animal, deotra especie e incluso de bacterias o plantas. Este transgén constituye una unidadautónoma de expresión génica y, como se ha explicado en el apartado 3.4.2, con-tiene un gen codificante de la proteína de interés, un promotor específico, que de-fine dónde y cuándo se expresa el gen, y elementos reguladores que aseguran lacorrecta expresión del transgén para dar lugar a la denominada proteína recombi-nante. Generalmente, la investigación comienza obteniendo ratones transgénicoscon las construcciones transgénicas de interés para confirmar que la construccióny la hipótesis de trabajo son correctas, realizándose posteriormente la aplicaciónpráctica en un animal de granja que puede producir gran cantidad de la proteínaen cuestión y, por lo tanto, tener un uso comercial.

Aunque se han obtenido animales que expresan proteínas transgénicas en muy di-versos tejidos (glándula salivar, vejiga urinaria, sangre, glándulas seminales...), elmayor interés comercial reside en la producción de compuestos de interés para lasalud humana en la glándula mamaria, sobre todo por el alto valor añadido de es-te producto. Los actuales métodos de producción son, por el contrario, muy cos-tosos, o requieren una recogida de material procedente de donaciones humanasde difícil obtención e incapaces de satisfacer la demanda. La glándula mamaria esun órgano perfecto para transgénesis, ya que produce una gran cantidad de pro-teína fácil de obtener y purificar, y lleva a cabo la mayoría de las modificacionespostraduccionales que requieren las proteínas para ser funcionales. Una gran limi-tación de los proyectos con animales transgénicos de granja es su alto coste; seestima que la obtención de una vaca transgénica tiene un coste aproximado demedio millón de euros. Por este motivo, muchas compañías utilizan pequeños ani-males que también producen leche, como las cabras y ovejas, que además tienenun intervalo generacional menor.

Las dos técnicas mas utilizadas para la producción de animales transgénicos sonla microinyección pronuclear y la transferencia nuclear (ver apartado 3.4.4). La pri-mera técnica comenzó a utilizarse en los años ochenta con la llegada de la prime-ra revolución de la tecnología de transgénicos. La producción de bioproductos enanimales de granja despertó una gran expectativa, dando lugar al nacimiento delas biogranjas y de muchas nuevas empresas dedicadas a la producción de estostransgénicos. Sin embargo, la técnica tiene muchos inconvenientes. Si al microin-yectar varias copias del transgén en uno de los pronúcleos del óvulo recién fecun-dado, el transgén se incorpora al genoma en el estadio de zigoto,68 todas las cé-lulas del animal resultante (animal fundador de una línea transgénica) serán trans-génicas. Sin embargo, si el transgén se integrase en estadios posteriores dedesarrollo (cuando ya se han producido varias divisiones celulares), se produciríaun animal quimérico que con una probabilidad elevada no transmitiría el transgén

15068 Nombre que se le da al embrión en estadio de una célula.

a la descendencia. Debido a la ineficiencia de esta técnica se necesitan inyectarcientos de ovocitos fecundados y realizar muchas transferencias embrionarias pa-ra obtener un animal de granja transgénico. Además, como la integración del trans-gén es al azar, nunca se puede garantizar que el animal fundador, o su descen-dencia, exprese la proteína deseada en el momento y en la cantidad deseados.

La segunda revolución en la producción de animales transgénicos de granja se pro-dujo a finales de los años noventa con el desarrollo de la técnica de clonación. Me-diante esta tecnología se realiza la transferencia del núcleo de una célula somática,elegida entre aquellas células transformadas correctamente (con el transgén ya in-tegrado en el sitio deseado y expresándose como es esperado), en un ovocito cu-yo ADN ha sido eliminado. La técnica es mucho más eficiente que la microinyec-ción. Se obtiene un embrión transgénico que, una vez transferido a una hembra re-ceptora, producirá un animal transgénico. La mayor ventaja de esta tecnología esque la célula somática puede ser transformada de una forma muy precisa y, poste-riormente, seleccionada antes de la producción del embrión transgénico clonado.Como todo el animal proviene de esta célula, el animal producido tendrá todas suscélulas transgénicas; además, la transformación celular permite introducir, modificaro eliminar genes específicos mediante recombinación homóloga (ver apartado3.4.4.), algo que por microinyección pronuclear no se puede realizar.

Obtención de bioproductos

La selección del gen de interés se realiza en función del interés económico, cientí-fico o social. Además, se debe seleccionar un promotor que exprese la proteína enel tejido, cantidad y momento preciso. Como ya se ha comentado, la glándula ma-maria ha sido el órgano seleccionado por varias empresas biotecnológicas paraproducir su proteína recombinante. Aparte del interés de los animales transgénicosen la industria agroalimentaria (por ejemplo, para mejorar el valor nutritivo de la le-che), su mayor importancia económica actual está en la producción de proteínaspara el tratamiento o prevención de enfermedades humanas y en la obtención debiomateriales (por ejemplo, colágeno o la proteína de la tela de araña).

Hasta ahora, las proteínas humanas de interés farmacéutico se tienen que aislar defluidos humanos o bien producir mediante fermentación bacteriana o cultivo celu-lar. El primer sistema presenta el riesgo de la contaminación (por ejemplo, VIH o laenfermedad de Creutzfeldt-Jakob); el segundo es un sistema costoso y, en mu-chos casos, poco eficaz, ya que la proteína obtenida no es funcional. Por estosmotivos, varias compañías han elaborado animales transgénicos para que produz-can en la leche estas proteínas de interés farmacéutico. Algunas de estas proteí-nas ya están comercializándose, como es el caso de la antitrombina III (implicadaen la cascada de la coagulación) producida por la empresa GTC Biotherapeuticsen la leche de cabras transgénicas (ver tabla 17). Estos animales transgénicos sonde un extraordinario valor, si, por ejemplo, se considera que el consumo anual enel mundo de factor IX de coagulación es, aproximadamente, un kilogramo de pro-

151

teína purificada. Si se consiguiera inducir la secreción de esta proteína en la glán-dula mamaria de la oveja, con un nivel de expresión semejante al de las proteínasendógenas de la leche, un pequeño rebaño suministraría suficiente producto paracubrir las necesidades mundiales.

Uno de los ejemplos de mayor interés en la producción de biomateriales, es la pro-ducción de la proteína de la tela de araña en la leche de cabras transgénicas (Ne-xia Biotechnologies). Este bioproducto tiene unas características excepcionales,como su flexibilidad, bajo peso y resistencia, que permiten obtener fibras para laproducción de material de suturas, ligamentos artificiales, chalecos antibalas, tra-jes especiales, etc. El segundo producto destacable es la producción de anticuer-pos humanos en vacas transgénicas que tienen un cromosoma artificial que con-tiene los genes de las inmunoglobulinas humanas (Hematech). El sistema diseña-do tiene un gran potencial para la elaboración de otros productos que requieran laexpresión de familias de varios genes.

Producción de animales transgénicos paraxenotrasplantes

Desde que se realizó el primer trasplante de corazón, la técnica del trasplante deórganos se ha generalizado en la práctica médica, habiendo alcanzado altísimos

152

Sistema Producto Compañía

Vaca Albúmina sérica humana GTC Anticuerpos humanos HematechProteína C1 PharmingLactoferrina humana PharmingHormona de crecimiento humana BioSidus

Gallina Proteínas recombinantes VivalisInterferón-α humano AvigenicsAnticuerpos humanos TranXenoGenAnticuerpos humanos mono- y policlonales Origen Therapeutics

Cabra Antitrombina III humana GTCActivador de plasminógeno NexiaAnticuerpos monoclonales GTCα-Fetoproteína GTCSeda de araña NexiaAntígenos antimalaria GTCButiril-colinesterasa Nexia

Oveja Anticuerpos antitumorales GTCα1-antitripsina PPL Therapeutics

Peces Factor VII de coagulación Ecoarray

Conejo Proteína inhibidora de C1 PharmingLactoferrina humana PharmingProteínas recombinantes BioProtein Technology

Tabla 17.Algunas proteínas

recombinantesproducidas

en animalestransgénicos

niveles de perfección. Sin embargo, de acuerdo con los datos de Eurotransplant,en el año 2004 sólo pudo ser trasplantado uno de cada tres pacientes en lista deespera. Por ello, hace ya muchos años, antes de poder pensar en la ingeniería detejidos (ver apartado 3.5.4), se planteó la posibilidad de recurrir a especies anima-les como donantes de órganos. De hecho, en los últimos años se han realizadomúltiples xenotrasplantes de riñón, corazón, hígado y médula ósea, procedentesmayoritariamente de chimpancé y mandril, con un resultado negativo en todos loscasos. La utilización de órganos procedentes de monos tenía la lógica de su pro-ximidad evolutiva con la especie humana, pero la diferencia de tamaño de los ór-ganos entre las especies suponía un serio inconveniente.

Una causa importante del fracaso de los xenotrasplantes es el rechazo hiperagu-do que se produce cuando el organismo humano reconoce la presencia del órga-no de otra especie. De ahí surgió la idea de utilizar cerdos transgénicos como po-sibles donantes. Esta manipulación genética en animales se plantea como una téc-nica que permita desarrollar un número ilimitado de órganos de repuesto para laespecie humana, asegurando así una nueva salida para aquellos enfermos a losque no se les puede trasplantar un órgano humano. La técnica está aún en fasede experimentación. El cerdo tiene un corazón, un riñón y un hígado compatibles,por sus dimensiones, con el organismo humano, pero al trasplantarlos tal y comoson, podrían desencadenar una crisis de rechazo. Se está intentando solucionareste problema modificando genéticamente a los cerdos con la introducción de ge-nes humanos en su genoma. El primer paso, dado en Cambridge en 1992, con-sistió en la obtención de cerdos transgénicos capaces de expresar las proteínas demembrana reguladoras del sistema del complemento humano, que es parte delsistema inmune, evitando así el rechazo hiperagudo. También mediante clonaciónse han producido cerdos transgénicos que carecen de la proteína α-1,3-galacto-siltransferasa. Esta enzima, que no existe en humanos, es responsable de la glico-silación69 de la mayoría de las proteínas de las membranas celulares del cerdo, loque las convierte en moléculas extrañas para el sistema inmune humano (antíge-nos), que podrían ser rechazadas por él. Aún quedan por resolver numerosos inte-rrogantes, y entre ellos la posibilidad de que con el órgano trasplantado se trans-mitan a los humanos infecciones virales de origen animal.

Otra aplicación de los cerdos transgénicos, además de la producción de órganoscompletos, es la obtención de células o tejidos que contengan antígenos humanospara xenotrasplante. Algunos ejemplos que se están desarrollando son la utiliza-ción de células-β de los islotes del páncreas para producir insulina, células dopa-minérgicas para tratamiento del Parkinson, hemoglobina humana para producirsangre artificial, hepatocitos para producir hígados artificiales, células hematopo-yéticas para tratar leucemia, etc.

Además de la utilización de los animales transgénicos como biofactorías y para xe-notrasplantes, los animales transgénicos son una herramienta imprescindible parael estudio de las enfermedades humanas (ver apartado 3.4.4). La introducción en

15369 Modificación de las proteínas por adición de moléculas de «azúcar».

el genoma de estos animales del gen humano responsable de una enfermedadpermite estudiar y analizar las mejores terapias. Algunos ejemplos son los transgé-nicos para analizar la enfermedad de Creutzfeldt-Jakobs, el hipogonadismo, alte-raciones hormonales, procesos tumorales, desórdenes de la sangre, fibrosis quís-tica, distrofia muscular, etc.

4.2.2. BIOPRODUCCIÓN EN PLANTAS

Desde hace veinticinco años, aproximadamente, se pueden producir proteínas fo-ráneas en plantas superiores. Durante la última década se han hecho esfuerzos pa-ra dirigir esta capacidad tecnológica hacia áreas relacionadas con la salud huma-na y veterinaria. El sistema más extendido para producir en plantas proteínas de in-terés en salud humana es el de generar plantas transgénicas, en las que un gen ogenes de procedencias variadas se introducen en el genoma nuclear de una plan-ta bajo el control de un promotor determinado, de tal modo que la planta transgé-nica produce su producto génico como si de un gen propio más se tratara. En fun-ción del promotor elegido para dirigir la expresión génica, se puede conseguir quela proteína se produzca de manera constitutiva (en todos los tejidos de la planta yen todo momento), o de manera específica, por ejemplo, en un sólo tipo de órga-no (semilla, tubérculo, fruto, hoja, etc.), o sólo como respuesta a un determinadoestímulo (luz u oscuridad, frío o calor, una agresión física, un compuesto químicoañadido externamente, etc.). El grado de desarrollo que se ha conseguido en losprocesos de obtención de plantas transgénicas es bastante avanzado. Esto se de-be, en buena medida, a que los principales métodos utilizados se basan en laadaptación de un sistema que se presenta de forma natural en Agrobacterium tu-mefaciens, una bacteria fitopatógena (patógena para las plantas). En determinadascircunstancias esta bacteria es capaz de transferir parte de su propio material ge-nético al genoma de una planta, generando así un material transgénico natural.Con la combinación de tecnologías moleculares derivadas de esta capacidad contecnologías clásicas en plantas, como las de su cultivo in vitro y la obtención declones vegetales, se ha conseguido en la actualidad un paquete tecnológico bas-tante desarrollado en muchos países.

n Los animales transgénicos representan un sistema de producción de proteínasen grandes cantidades, fácilmente purificables y funcionales. Las proteínas seobtienen habitualmente en la leche, aunque también es posible en orina, sangre,saliva, etc.

n Hay dos técnicas de producción de animales transgénicos: la microinyección deltransgén en pronúcleos y la transferencia del núcleo de una célula somáticatransformada a un ovocito. Esta última técnica es más ventajosa, ya que permi-te la modificación de genes específicos.

n Los animales transgénicos también se utilizan para obtener órganos completos,células o tejidos para trasplante. Los animales se modifican genéticamente paraevitar el rechazo inmunológico.

154

Con posterioridad al desarrollo de los procesos de transformación genética de plan-tas basados en A. tumefaciens, se han desarrollado otras tecnologías que han per-mitido ampliar notablemente el abanico de especies transgénicas. Cabe citar entreellas el bombardeo génico de plantas con microproyectiles recubiertos del ADN quese desea transferir, o la transformación directa en flores, que prescinde de todo elcultivo in vitro posterior a la transformación genética. La mayoría de los desarrollosmás recientes en el campo de la tecnología de la transformación genética nuclearvegetal se han encaminado a la simplificación y la sistematización del proceso, locual ha generado una situación de la que se puede decir que constituye, sin duda,el sistema más avanzado de transgénesis entre los organismos eucarióticos. Últi-mamente se ha conseguido la transformación del genoma de los plastos (orgánu-los subcelulares vegetales que poseen su propio genoma) para un número todavíareducido de especies, especialmente hortícolas (tabaco, tomate, zanahoria, etc.). Alas plantas transformadas en su genoma plastídico se las denomina plantas trans-plastómicas y suponen un importante avance en varios aspectos de la transgénesisvegetal, siendo los más relevantes la productividad por kilogramo de tejido vegetaly la ausencia de riesgo de dispersión por polen. De todas formas, aunque crecien-te, el abanico de especies transplastómicas es aún reducido.

La producción en plantas transgénicas o transplastómicas implica el esfuerzo degenerar plantas modificadas genéticamente de manera permanente, de modo quela modificación genética pueda ser transmitida a la descendencia. Una vez estable-cida la línea transgénica, esta vía tiene la ventaja de poder ser utilizada simplemen-te por multiplicación de la línea, generalmente a través de semillas. Sin embargo, al-gunos de los inconvenientes de esta aproximación son la lentitud del proceso (ge-neralmente varios años antes de disponer de una variedad transformada utilizableen prácticas agrícolas), su alto coste y la rigidez que exige la fabricación del pro-ducto (una planta transformada para expresar una determinada proteína foráneasiempre será productora de esa proteína y no de otras). Estas limitaciones no sepresentan utilizando otros métodos de expresión, englobados bajo la denominaciónde expresión transitoria. Con estas tecnologías alternativas de expresión se intenta,en vez de producir en plantas transformadas, utilizar plantas no transgénicas a lasque se les introduce el gen deseado a través de sistemas que permitan su expre-sión transitoria, bien sólo durante un cierto tiempo de la vida de la planta inoculada,bien durante toda la vida de esa planta, pero sin transmisión a su descendencia. Pa-ra conseguir estas expresiones transitorias las vías más frecuentes son la agroino-culación y la utilización de vectores virales. Ambos sistemas están ampliamente de-sarrollados y han demostrado su utilidad en la producción de proteínas foráneas enplantas no transgénicas.

Aplicaciones en salud humana

En la producción de proteínas foráneas en plantas se pueden distinguir cuatrograndes áreas de aplicación en el contexto de la salud humana: nutricéutica, pro-

155

teínas para diagnóstico en laboratorio en otros procesos relacionados con la salud,proteínas terapéuticas y proteínas preventivas. Dentro de las aplicaciones nutri-céuticas de la biotecnología recombinante vegetal, fundamentalmente agroalimen-tarias, las más enfocadas hacia la salud humana se centran especialmente en laproducción de plantas modificadas genéticamente, generalmente transgénicas,para ser usadas directamente como alimentos capaces de conferir una ventaja sa-nitaria al consumidor. Quizá el ejemplo más sobresaliente de este tipo de produc-tos lo constituye el arroz dorado, modificado genéticamente con una batería de ge-nes que le confieren a la semilla la capacidad de producir vitamina A (sustancia dela que el arroz normal carece). Este arroz se ha generado para la alimentación deniños de países asiáticos en los que el arroz es base de su nutrición, y que con fre-cuencia sufren de avitaminosis A con los consiguientes problemas asociados depérdida de visión. Se está trabajando intensamente en la actualidad en la genera-ción de alimentos vegetales modificados genéticamente dirigidos a grupos espe-ciales de la población, como alérgicos a determinados alimentos (eliminación dealergenos vegetales específicos), o personas con intolerancias determinadas, co-mo los enfermos celíacos, por ejemplo.

A diferencia de las aplicaciones nutricéuticas, las demás aplicaciones requieren dela purificación del producto transgénico (generalmente una proteína), para su pos-terior utilización industrial. Las proteínas diagnósticas y/o de utilización sanitaria noterapéutica o preventiva, producidas en plantas, ya han alcanzado el mercado. Secomercializan ya la avidina (de amplia utilización en diagnósticos de laboratorio), latripsina (proteasa de amplia utilización en la industria farmacéutica) y la aprotinina(inhibidor de proteasas de uso en procesos productivos farmacéuticos y en opera-ciones de cirugía cardiopulmonar). Se espera que en los próximos años se incre-mente notablemente el número de este tipo de proteínas, con menor nivel de exi-gencia regulatoria que las de uso directo sobre seres humanos. Hay distintos tiposde gelatinas (fabricación de cápsulas) o alergenos para uso diagnóstico, cuya apa-rición está prevista en breve plazo.

Las proteínas terapéuticas producidas en plantas aún no están en el mercado, pe-ro algunas se encuentran ya en fases avanzadas de ensayos clínicos. Entre los pri-meros objetivos de proteínas terapéuticas figuran productos de amplia utilizacióngeneralista, como hormonas peptídicas (insulina, hormona de crecimiento), antihe-morrágicos (hirudina), o proteínas para terapia de reemplazamiento (lipasa gástri-ca). Hay otras muchas en fases algo menos avanzadas, pero en las que se traba-ja intensamente, como es el caso de los anticuerpos de distintos tipos. Probable-mente uno de los primeros anticuerpos en alcanzar el mercado sea el producidoen tabaco transgénico contra la bacteria Streptococcus mutants, inductora de ca-ries dental. La enorme especificidad de los anticuerpos en el reconocimiento desus antígenos específicos los ha convertido hace tiempo en valiosos instrumentosde diagnóstico, y se prevé que su producción en plantas multiplique su disponibi-lidad con un coste sustancialmente menor. También destaca la producción de an-ticuerpos para inmunoterapia antitumoral, como los de aplicación en determinadostipos de linfomas.

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La producción de proteínas preventivas todavía está en fase de desarrollo. Comoejemplo típico destaca la producción de antígenos para la obtención de vacunas,que aunque se han desarrollado más en la medicina veterinaria, también se estántrabajando con vistas a aplicaciones humanas. Estos antígenos pueden ser purifi-cados industrialmente para su utilización parenteral, o bien utilizados como vacunasorales, obtenidas a partir de extractos o desecados del propio producto vegetal, sinnecesidad de conservar la cadena del frío. Uno de los más adelantados es un antí-geno protector contra la hepatitis B, que se ha producido con éxito en patatas.

En resumen, las principales ventajas que implica el uso de la biotecnología recom-binante vegetal para producción de proteínas de aplicación en salud humana sonclaras y muy concretas:

n Se trata de un sistema eucariótico de expresión capaz de procesar correcta-mente proteínas humanas.

n Su coste de producción, frente a fermentadores o cultivos de células humanas,es aproximadamente diez veces menor.

n El hecho de que no se haya descrito ningún patógeno compartido entre lasplantas y el ser humano garantiza la ausencia de arrastre de patógenos en elproceso productivo que, como los virus o priones, tanto preocupan en otros sis-temas.

Desarrollo en España

El desarrollo de la biotecnología vegetal con aplicaciones en salud humana es bas-tante limitado en España. Existen grupos de investigación, especialmente en insti-tuciones públicas, que están llevando a cabo algunos desarrollos específicos de in-terés, pero las pocas empresas implicadas en procesos relacionados (cuatro en2004) son de dimensión muy reducida, mayoritariamente de tipo start-up o spin-off, ligadas en mayor o menor medida al mundo académico del cual proceden. Lasrazones que limitan el crecimiento de este sector en España son variadas. En pri-mer lugar figura la peculiaridad productiva del mundo agrícola español, fuertemen-te subvencionado en casi todos sus sectores y bastante poco cercano a la cultu-ra de la innovación tecnológica más reciente. Ello se traduce en términos prácticosen una fuerte descapitalización del sector agrícola, en franco retroceso en impor-tancia económica en la actualidad. Además, las aplicaciones de la biotecnologíavegetal a la salud humana implican el acercamiento de dos mundos productivosmuy distintos y distantes, como son la industria farmacéutica y la producción agra-ria. Esta interfase de sectores productivos, de por sí difícil en todas partes, se agra-va en España por las condiciones anteriormente descritas.

Sin embargo, al igual que ocurre en otros ámbitos de la biotecnología en España,se dan algunas circunstancias que deberían ser favorecedoras del desarrollo de es-te campo. En primer lugar, el capital humano científicamente formado. En la últimadécada la comunidad investigadora en biotecnología vegetal ha experimentado un

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fuerte crecimiento cuantitativo y cualitativo, como resultado de las políticas de for-mación llevadas a cabo durante bastante tiempo. Otro factor importante de opor-tunidad es precisamente el citado retroceso en el sector agrario. En muchas par-tes del mundo rural español preocupa intensamente el futuro de determinadas pro-ducciones y la utilización rentable de la tierra. Esta situación se presta a laexploración de utilizaciones alternativas de la producción agrícola, como la biotec-nológica en salud. El fenómeno no se está produciendo todavía, pero en ese sen-tido las condiciones objetivas son buenas. En cualquier caso, y debido a la aludi-da descapitalización del sector agrícola, no es previsible un desarrollo importanteen este campo, a no ser que se produzca un interés de inversión por parte de sec-tores ajenos al mundo agrícola, como el financiero o el de algunas industrias (quí-mica o farmacéutica, por ejemplo). De momento, tal interés no se aprecia, excep-to en muy contadas y limitadas ocasiones.

n La producción de proteínas en plantas transgénicas es un sistema barato y sinriesgo de contaminación por patógenos que afecten a humanos. El principal mé-todo de obtención (agroinoculación) se basa en la capacidad que tiene la bacte-ria patógena Agrobacterium tumefaciens de transferir material genético al geno-ma de una planta.

n Las plantas transplastómicas, obtenidas por transformación del genoma de losorgánulos subcelulares, denominados plastos, son especies hortícolas (tabaco,tomate...) y suponen un gran avance, dada la gran productividad y la ausenciade riesgo de dispersión por polen.

n Las proteínas producidas en plantas transgénicas tienen aplicaciones nutricéuti-cas (arroz con vitamina A), de diagnóstico de laboratorio (avidita, tripsina), tera-péuticas (insulina, hormona de crecimiento) y preventivas (antígeno de la hepati-tis B).

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4.3. Genómica

La existencia de una relación más o menos directa entre algunas enfermedades yel acervo genético de los individuos es un hecho conocido desde hace generacio-nes, pero sólo cuando se descifraron en el siglo pasado las bases químicas de laherencia y se estableció una clara correlación entre el genotipo (secuencia de áci-dos nucleicos) y el fenotipo (proteínas funcionales), el determinar las causas gené-ticas de las enfermedades se convirtió en un objetivo prioritario. La dimensión deeste esfuerzo requiere una visión histórica de cómo se han ido desarrollando loshechos.

Las primeras asociaciones entre genética y enfermedad aparecen en los estudiosde bioquímica metabólica y estructural, a partir de los cuales se identifican enzimascon propiedades cinéticas alteradas en individuos afectos de enfermedades here-ditarias, llegando a determinarse en algunos casos que esas alteraciones son de-bidas a cambios precisos en la estructura primaria de las moléculas. Al aparecer, afinales de los años setenta, técnicas capaces de determinar la secuencia de losácidos nucleicos y, por ende, conocer la de las proteínas codificadas, la situacióncambia y las miradas se dirigen hacia el material genético, ya que la secuenciaciónde proteínas es un proceso mucho más laborioso que la de sus moléculas codifi-cantes. Pero también muy pronto se hace evidente el enorme esfuerzo que supo-ne realizar una tarea sistemática de identificación de genes con formas variantes,causantes de enfermedad.

4.3.1. GENÓMICA ESTRUCTURAL

El genoma humano está plagado de secuencias que no se traducen en informa-ción proteica; tan sólo un 1-2% del genoma es codificante. Las primeras estima-ciones derivadas de experimentos de hibridación hablaban de unos cien mil genes,algo que impresionó sobremanera a la biología molecular nacida en los años se-tenta y ochenta estudiando virus de unas pocas decenas de genes. Así pues, laempresa parecía aún inabordable y poco rentable científicamente, aunque la intui-ción de que el conocimiento preciso de la secuencia del genoma humano impac-taría en la ciencia y en la medicina de manera considerable pervivía en la mente demuchos científicos. Se plantearon entonces dos abordajes para obtener mapas delgenoma humano a otras escalas y resoluciones. Por un lado se iniciaron progra-mas de secuenciación masiva y al azar de los genes expresados en diversos teji-dos y tipos celulares, lo que permitía la obtención de nuevas secuencias, que pre-suntamente correspondían a genes no identificados hasta el momento, perfiles deexpresión característicos de tipos celulares y estimaciones del número total de ge-nes. El otro abordaje consistió en la generación de mapas genéticos y genómicosa baja resolución, mediante la combinación de distintas técnicas como el uso decélulas híbridas de ratón y humanas, técnicas citogenéticas y estudios genéticosde asociación familiar.

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Esta avalancha de datos de secuencia necesitaba de otras dos aportaciones paraque una nueva disciplina genómica emergiera: la miniaturización y la robotización,que permiten situar en unos pocos centímetros cuadrados miles de secuenciasdiscretas (micromatrices), y las herramientas de análisis informático que puedenprocesar la ingente cantidad de datos generados. Ahora sí, aunque no de maneratotal, ya era posible analizar la información genética en una escala superior, y la in-vestigación pasó de un experimento/un gen, a un experimento/miles de genes, conel consiguiente impacto en la generación de conocimiento.

En paralelo avanzaban los dos proyectos de secuenciación completa del genomahumano de la compañía privada Celera Genomics, dirigida por el gran revolucio-nador de los estudios genómicos Craig Venter, y del consorcio público internacio-nal de universidades y centros públicos de investigación. Venter ya había sorpren-dido a la comunidad científica con la secuenciación completa del primer organis-mo vivo, Haemophilus influenzae, usando una estrategia propuesta unos añosantes basada en la secuenciación indiscriminada y redundante de fragmentos delADN genómico generados al azar. Por el contrario, la estrategia del consorcio pú-blico se basaba en un estudio más racional de los fragmentos a secuenciar. Encualquier caso, en 2001 aparecen en las revistas Science y Nature sendos artícu-los con los primeros borradores de la secuencia del genoma humano y dos añosmás tarde la secuencia casi en su versión final.

Antes de tener estos datos, en la literatura científica aparecieron varias publicacio-nes con estimaciones sobre el número de genes presentes en el hombre y otrosmamíferos. Los más optimistas hablaban de unos ciento veinte mil, mientras quepara otros no pasaban de los treinta y cinco mil. Al final esta es la cifra que pareceprevalecer, aunque con algunas precisiones. La primera es que se debe diferenciarentre gen y producto génico, ya que un mismo gen puede codificar varias proteí-nas distintas producidas por procesamientos alternativos del ARNm, de maneraque algunas predicciones consideran que, al menos, la cifra de productos génicospuede triplicar la de genes. La segunda tiene que ver con la asignación de si unasecuencia dada es un gen, pudiendo considerarse que hay diferentes categoríasde genes. Por un lado, están los que a lo largo de la historia de la biología mole-cular se han ido asignando, demostrándose la existencia de los correspondientesproductos génicos y caracterizándose sus funciones a nivel bioquímico, celular ogenético. Por otro lado, están los que se derivan de la secuenciación al azar y sonanotados como tales por los programas de predicción. Entre ellos se encuentranlos que, por similitud de secuencia, es previsible que tengan funciones relaciona-das con otros genes ya caracterizados y los que no presentan similitud con estegrupo de genes, de los que es difícil predecir su función. Aquí, y según los orga-nismos, se encuadran hasta un 30% de los genes propuestos. Están tambiénaquellos genes que aparecen como tales en las predicciones, pero de los que, porel momento, no se han identificado productos de su transcripción, como son losgenes muy específicos de tipos celulares escasos, o en localizaciones anatómicasno muy estudiadas (por ejemplo, algunas partes del cerebro), y también aquellosque carecen de un promotor funcional (y que, por tanto, entrarían en la categoría

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de pseudogenes, genes muertos o genes en creación). A su vez, algunos genesfuncionales pueden escaparse a su identificación por las herramientas informáticasal uso, como, por ejemplo, los transcritos no codificantes de proteína y de impre-visible función, en caso de que la tuvieran, y los genes que codifican productos debajo peso molecular, con pocos exones,70 o exones de pequeño tamaño.

Actualmente diversos grupos de investigación de EEUU están planteando la reali-zación de un Proyecto Genoma para el Cáncer Humano. Este ambicioso proyec-to, con una duración estimada de nueve años, pretende secuenciar el ADN de 250muestras de cada uno de los 50 principales tipos de cáncer para identificar las mu-taciones que lo provocan. La propuesta contempla secuenciar sólo los genes ac-tivos en los tumores, que representan el 1-2% del ADN total, lo que requerirá unesfuerzo de secuenciación al menos cien veces superior al Proyecto Genoma Hu-mano.

4.3.2. GENÓMICA FUNCIONAL

En este escenario en el que algunos genes no son tales y otros están aún por des-cubrir surge la genómica funcional, que se plantea traducir la información de la ge-nómica estructural en funciones biológicas. Siguiendo el axioma clásico de la bio-logía molecular, el ADN se copia en ARN y éste se traduce a proteína; para que unasecuencia pueda ser considerada como un gen, debe transcribirse adecuada-mente, procesarse el ARN sintetizado, de manera que pueda ser leído por los ri-bosomas y producirse la proteína por él codificada. En rigor, y salvo las excepcio-nes de ARN no codificantes, no se debería hablar de gen si no hay demostraciónde la existencia de proteínas derivadas de él, pero esto no siempre es un requeri-

n La secuenciación del genoma humano se ha realizado gracias a dos abordajescomplementarios: la secuenciación masiva al azar y la generación de mapas ge-néticos y genómicos a baja resolución (es decir, la localización aproximada de va-rios miles de secuencias de ADN de referencia dentro del genoma).

n Gracias al conocimiento del genoma humano, la miniaturización, la robotizacióny las herramientas de análisis informático, es posible analizar miles de genes enun único experimento.

n Aunque el número de genes humanos es de unos treinta y cinco mil, se estimaque el número de proteínas producidas puede ser tres veces mayor, dado queun mismo gen puede codificar varias proteínas por diferente procesamiento delARNm.

n Existen numerosos genes cuya función se desconoce todavía, genes que care-cen de promotor y no se transcriben, y genes no identificados con las actualesherramientas informáticas.

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70 Los exones son regiones codificantes del ARNm (es decir, que se traducen a proteína), a diferecia delos intrones que están intercalados entre los exones pero no son codificantes. Mediante unprocesamiento denominado splicing, se eliminan los intrones para dar lugar a una copia funcional deARNm.

miento estricto y gran parte de la genómica y la propia biología molecular se basasimplemente en la caracterización de genes transcritos.

Para la caracterización de genes, la genómica utiliza, en algunas ocasiones, losconceptos de proximidad evolutiva y similitud de secuencia. El principio, que tienesus raíces en las teorías darwinianas de la evolución, es que organismos relacio-nados filogenéticamente compartirán genes, estos cumplirán funciones parecidasy se localizarán en regiones cromosómicas equivalentes, con lo que la identifica-ción de genes en uno de ellos ayudará a la caracterización de los equivalentes enel otro. A su vez, funciones biológicas o bioquímicas muy relacionadas, serán lle-vadas a cabo por proteínas muy similares, con lo que sus genes también lo serán.Recíprocamente, si un gen tiene similitud de secuencia con otros, es probable quesus funciones también estén relacionadas. El uso de otros organismos como sis-temas modelo tiene gran importancia en la caracterización funcional de los genes;así, programas como el de la inactivación génica de todos los genes del ratón ayu-darán en gran medida a la comprensión del funcionamiento de los genes y su im-plicación en determinadas enfermedades humanas.

Son varios los miles de genes cuyas alteraciones conducen a la aparición de de-terminadas enfermedades. Normalmente estas alteraciones son de frecuencia muybaja, aunque en conjunto constituyen un número no despreciable de casos. Lamayor variación genética en los humanos proviene de los más de tres millones deSNP (polimorfismos de un único nucleótido) que están dispersos por todo el ge-noma. Gran parte de esta variación no tiene trascendencia fenotípica debido a labaja densidad informativa del genoma de mamíferos, pero no es aventurado pro-nosticar que al menos un 1% de los SNP tendrá en mayor o menor medida algúnefecto sobre la funcionalidad de los genes. La contribución de cada una de estasvariaciones al desarrollo de enfermedades a lo largo de la vida de los pacientes es-tá por determinar, pero son muchos los casos conocidos de alelos que condicio-nan claramente algunas de ellas. Entre los ejemplos más próximos en el tiempo ca-be resaltar el grado de susceptibilidad a la infección por VIH y el progreso poste-rior de la enfermedad, pues mutaciones en los genes de los receptores celulares oen los de las moléculas que se unen a ellos, denominados ligandos, son de capi-tal importancia, y cuyo máximo exponente es el alelo llamado ∆32CCR5 que pro-porciona resistencia a la infección en los individuos que lo portan en homocigosis.

El problema en la caracterización de alelos con influencia en la enfermedad apare-ce cuando ésta se ve afectada por pequeñas contribuciones de muchos genes(enfermedades poligénicas), como por ejemplo ocurre en enfermedades inflamato-rias (asma, artritis, arteriosclerosis, etc.), lo que exige analizar cientos de SNP (verapartado 3.1.1) en poblaciones muy grandes de pacientes. La gran capacidad deanálisis de la genómica permite realizar estos estudios; así, la compañía Affymetrixproduce chips que determinan el genotipo de 100.000 SNP por individuo localiza-dos a lo largo de todo el genoma, con los cuales se podrá determinar qué perfilesgenéticos afectan a la aparición y el progreso de enfermedades (ver apartado3.1.2). En una escala superior se encuentran los proyectos llevados a cabo por la

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compañía Perlegen en colaboración con grandes corporaciones farmacéuticas.Esta empresa, derivada de la propia Affymetrix, utiliza su tecnología para genotipar1,5 millones de SNP por individuo, trabajando en patologías como autismo, Alzheimer, Parkinson, depresión, enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2,o procesos como la adicción a la nicotina. Los resultados de estas investigacionespermitirán la identificación de nuevas dianas terapéuticas y la determinación deperfiles genéticos de riesgo para estas enfermedades.

n Para asignar funciones biológicas a los genes, la genómica funcional utiliza losconceptos de proximidad evolutiva (genes de organismos relacionados tendránfunciones parecidas y se localizarán en regiones cromosómicas equivalentes) yde similitud de secuencia (genes con similitud de secuencia tendrán funciones re-lacionadas).

n Se estima que al menos un 1% de los más de tres millones de SNP (variacionesde un único nucleótido en la secuencia de un gen) dispersos por el genoma tie-nen algún efecto sobre la funcionalidad de los genes, pudiendo contribuir al de-sarrollo de enfermedades. Existen micromatrices de ADN que permiten analizar100.000 SNP.

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4.4. FarmacogenómicaEs un hecho ampliamente conocido, incluso a nivel popular, que los individuos conpatologías diagnosticadas como similares responden de una manera muy distintaa un mismo tratamiento farmacológico. Igualmente, son muchas las evidencias queligan estas variaciones a una diferente dotación genética. La efectividad de un fár-maco puede verse afectada por variaciones genéticas de la diana molecular sobrela que actúa el principio activo, de las moléculas que intervienen en su transporteo de las enzimas metabolizadoras encargadas, en unos casos, de la degradacióndel fármaco y, en otros, de la generación de moléculas más activas en términos far-macológicos. La aplicación de estos conceptos a la práctica médica es lo que sedenomina farmacogenética. Con el advenimiento de las nuevas técnicas de análi-sis y la acumulación de datos de secuencia de material genético, se utiliza el tér-mino más amplio de farmacogenómica, que se refiere a la utilización de herra-mientas genómicas para buscar genes que permitan predecir con mayor precisiónla respuesta a un fármaco. La idea de la farmacogenética surge de observacionesclínicas en las que pacientes tratados con dosis similares de fármacos, presentandistintos niveles de éstos en plasma y orina, constatándose que estas variacionesson debidas a factores bioquímicos de naturaleza heredable. Cuando posterior-mente se identificaron las enzimas metabolizadoras de esos fármacos se observóque variaciones en los genes que las codifican estaban asociadas a los niveles delfármaco en fluidos. Así pues, la farmacogenética aparece con el estudio del meta-bolismo de los fármacos y es en este campo donde más abundan los ejemplos.

La familia de enzimas llamadas citocromos P450 es la encargada de la oxidaciónde un gran número de compuestos (hasta el 25% de los medicamentos prescritosactualmente). Variaciones genéticas en los genes de estas enzimas hacen queexistan individuos con alta, media y baja capacidad metabolizadora, haciendo quelas concentraciones plasmáticas de los fármacos varíen de acuerdo con esa ca-pacidad. De este modo, los pacientes con baja capacidad metabolizadora sonmás sensibles a los efectos del fármaco (o eventualmente a sus efectos secunda-rios), mientras que los metabolizadores rápidos necesitan dosis más elevadas pa-ra conseguir efectividad. En el caso del gen CYP2D6 (que codifica el citocromoP450 2D6, encargado de metabolizar fármacos como la codeína o el haloperidol)se han identificado más de setenta y cinco variantes alélicas distintas con diversosefectos sobre la actividad enzimática, además de otras variaciones como la pre-sencia de más de un gen funcional que se traduce en una actividad metaboliza-dora incrementada.

Así pues, ya no se puede concebir una farmacología general para todos los indivi-duos, que sólo considere parámetros como edad, peso, sexo y estilo de vida delos pacientes, sino que el genoma de cada individuo también condiciona el tipo defármaco y la dosis requerida. El asunto tiene además otro aspecto importante, co-mo es la toxicidad, que resulta evidente en el caso de los metabolizadores pocoactivos, en los que dosis adecuadas para la gran mayoría pueden resultar fatalespara ellos. Un ejemplo típico de este efecto es el del 5-fluorouracilo (un derivado de

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base pirimidínica), de uso muy común en el tratamiento de diversos tumores, quecausa graves consecuencias para el sistema nervioso central de pacientes con de-terminados alelos de la enzima dihidropirimidina deshidrogenasa, que participa enel metabolismo de las pirimidinas endógenas.

De la misma manera que resulta evidente el beneficio de caracterizar el perfil ge-nético de los pacientes, no es menor el que se obtendría en las fases clínicas dedesarrollo de nuevos fármacos. Aunque no es fácil establecer cifras precisas, esmuy probable que muchas nuevas entidades químicas no lleguen a mostrar suefectividad (o incluso presenten efectos tóxicos) en dichos estudios debido a la uti-lización de muestras aleatorias de individuos. Una adecuada estratificación basa-da en perfiles genéticos permitiría excluir de los ensayos a potenciales no respon-dedores, aumentando así las probabilidades de éxito de las nuevas entidades quí-micas, además de poder determinar qué pacientes se beneficiarán del fármaco ycuáles no. El éxito del Herceptin de Genentech y el fracaso de Iressa de Astra-Zeneca muestran la importancia que tiene hoy en día la estratificación genómica depacientes en los ensayos clínicos.

Actualmente este es el campo donde más aplicación tienen las pruebas genéticas,dada la capacidad financiera de las empresas farmacéuticas y el gran valor añadi-do que puede suponer para los fármacos en desarrollo. Con el advenimiento de lastecnologías genómicas se han desarrollado sistemas de ensayo basados en la tec-nología de micromatrices, que permiten analizar en un solo test varios alelos dife-rentes de los genes relacionados con el metabolismo de fármacos. El primero queha salido al mercado es el AmpliChip CYP450 Test, desarrollado por Affymetrix pa-ra Roche (ha sido aprobado por la FDA en enero de 2005). Contiene sondas (oli-gonucleótidos) que pueden discriminar todos los alelos descritos de los genesCYP2D6 y CYP2C19, así como determinar si hay deleciones o amplificaciones71 dedichos genes. Amersham también dispone de chips para determinar el perfil dealelos CYP para uso en investigación; concretamente, su sistema CodeLink P450analiza 110 SNP de los genes CYP de los citocromos P450: 2D6, 2C9, 2C19, 1A1,1A2, 2E1, 3A4, 3A5 y 1B1. La capacidad de análisis de estos sistemas no está nimucho menos saturada, con lo que cabe esperar que próximamente aparezcansistemas que permitan determinar el genotipo de la mayor parte de los genes conrelevancia en el metabolismo de fármacos. Así, la FDA ha aprobado en agosto de2005 un test (Invader UGT1A1 Molecular Assay, de Third Wave Technologies) queevalúa en sangre variaciones en el gen UGT1A1, que produce la enzima UDP-glucuronosil transferasa implicada en el metabolismo del irinotecán, fármaco quese utiliza en el tratamiento del cáncer colorrectal. Variaciones en este gen puedenafectar a la capacidad de metabolizar el irinotecán, aumentando el riesgo de efec-tos secundarios.

Los ejemplos antes citados de los genes CYP tienen que ver con el perfil genéticode los individuos, sin embargo, Herceptin, Tarceva, Iressa o Gleevec, todos ellos fár-macos antitumorales, basan su efectividad en el perfil genético del tejido afectado.

16571 Pérdida o repetición de material genético.

Esto es así porque el cáncer, en su generación y desarrollo, induce una serie de al-teraciones genéticas que en gran parte son específicas del tipo de tumor y de lamuestra concreta que se utilice, de manera que algunos fármacos sólo serán efec-tivos en aquellos tumores que presenten determinadas alteraciones. Así parece su-ceder con Iressa, un fármaco para el tratamiento del cáncer de pulmón no micro-cítico, que en base a las respuestas objetivas observadas en los pacientes trata-dos fue aprobado provisionalmente por la FDA americana. El ensayo clíniconecesario para la aprobación definitiva no mostró un aumento significativo de la su-pervivencia por lo que el fármaco ha sido retirado. Estudios posteriores indican queIressa sí es eficaz en un gran porcentaje de tumores con ciertas mutaciones en elgen del receptor del factor de crecimiento epidérmico. De esta manera, si se iden-tificase genéticamente el tumor, un fármaco de baja efectividad se transformaría enuna potente herramienta para un grupo seleccionado de pacientes, que es lo quesucede en la actualidad con el Herceptin, indicado exclusivamente en pacientes decáncer de mama cuyos tumores sean positivos para el receptor Her-2/neu y queresultan ser un 25-30% de los casos.

Los análisis genéticos de los tumores, además de permitir prescribir el fármacoadecuado al paciente concreto, modificarán los tratamientos también en otro sen-tido. Muchos estudios en tumores muy comunes, como el de mama o el de colon,han puesto de manifiesto la necesidad de pruebas diagnósticas que predigan eldesarrollo posterior de la enfermedad. Existe una importante fracción de los pa-cientes con tumores en estadios primarios que no sufrirán recaídas, independien-temente de si siguen tratamientos quimioterapéuticos o no. Hasta ahora no existíanparámetros de ningún tipo, ni histológicos ni marcadores, que identificasen a estegrupo de pacientes. Recientemente, y tras extensos estudios genómicos, se hanidentificado series de genes cuyo perfil de expresión es indicativo de la progresiónde la enfermedad, con lo que muchos pacientes cuyos tumores presenten esas fir-mas genéticas no deberán someterse a los penosos y costosos tratamientos qui-mioterapéuticos. Fruto de estas investigaciones son los sistemas recientementelanzados al mercado por las compañías Agendia, con el ensayo MammaPrint queevalúa la expresión de 70 genes, Genomic Health, con el Oncotype DX que anali-za un panel de 21 genes, y Exagen, que determina entre tres y cinco marcadoresgenómicos con técnicas de fluorescencia in situ. En esta misma línea, Roche estádesarrollando dos micromatrices con fines diagnósticos, el Amplichip p53 Test, queanaliza mutaciones del gen p53 que están relacionadas con la agresividad tumo-ral, y el Amplichip Leukemia Test, que identifica las distintas subclases de leucemiaanalizando los niveles de ARNm de cientos de genes. Por ahora, estos ensayos re-quieren cierta sofisticación y habilidades técnicas no implementadas en los siste-mas de salud públicos o privados, lo que redunda en un coste relativamente alto.La generalización de estas y otras pruebas para otros tipos de tumores y enfer-medades requerirá su simplificación metodológica.

La realización de pruebas genéticas, incluso antes del nacimiento, con objeto decuantificar los riesgos genéticos asociados a cada enfermedad y así proceder auna medicina personalizada más predictiva y con mejores armas preventivas, es un

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tema que tarde o temprano suscitará un amplio debate en la sociedad. La cues-tión no se ha afrontado aún suficientemente en medios sociales y políticos, porquelos ensayos genéticos al uso son caros y afectan a pocos síndromes, con lo quesólo pacientes con un historial familiar que haga sospechar un cierto riesgo son ob-jeto de análisis. Sin embargo, varios son los proyectos en curso que se dirigen ha-cia la secuenciación rápida y a bajo costo del genoma de los individuos. Compa-ñías como Solexa, Gennovox y US Genomics, tienen previsiones en el plazo de cin-co años de poder secuenciar genomas humanos con gran calidad a un coste deunos setecientos cincuenta euros. Con esos costes estimados se abre la discusiónsobre cuánto podrían ahorrar los sistemas de salud y los de previsión social con lageneralización de estas pruebas y cuánto podrían ganar los previsibles pacientesen la mejora de su calidad de vida.

El manejo de la información genética también plantea cuestiones éticas en aspec-tos tales como cuál será la respuesta de un individuo cuando se le prediga la apa-rición de una enfermedad en un cierto plazo, o cómo será la reacción de las com-pañías aseguradoras. Muy probablemente esto constituirá la nueva gran revoluciónen la medicina, puesto que no sólo afectará a la población en cuanto pacientes, si-no que afectará al modo de proceder de las industrias relacionadas, como las pro-pias farmacéuticas y las compañías de seguros. Otro aspecto, de no menor tras-cendencia, es el debate sobre la propiedad y el uso de la información genética porparte de los estados y organizaciones privadas. Responder ya a estas preguntases un hecho ineludible, pues cabe la posibilidad de que, si no son resueltas, las so-ciedades se decanten por las moratorias en la generación y uso de estos conoci-mientos, algo que ya ha sucedido en otras áreas sensibles como la agriculturatransgénica o el uso de células madre y que ha supuesto retrasos evidentes de lainvestigación en dichas áreas.

n El genoma de cada individuo condiciona su respuesta a un determinado fár-maco.

n La farmacogenética estudia la influencia de los factores genéticos sobre la acti-vidad de un fármaco, su transporte y su metabolismo. La farmacogenómica esun término más amplio que se refiere a la utilización de herramientas genómicaspara buscar genes que permitan predecir la respuesta a un fármaco.

n La estratificación, siguiendo el perfil genético de los participantes en un ensayoclínico, puede tener una gran utilidad en el desarrollo de nuevos fármacos, al per-mitir seleccionar aquellos pacientes que sean mejores respondedores o que pre-senten menos efectos tóxicos.

n Los estudios genómicos también permiten identificar genes cuyo perfil de expre-sión sea indicativo del posterior desarrollo de la enfermedad.

n Las compañías farmacéuticas y biotecnológicas están empleando cada día másla farmacogenómica en el desarrollo de fármacos, llevando a su utilización gene-ralizada en la clínica en un futuro próximo. Esto requerirá una simplificación tec-nológica de las metodologías.

n La sociedad deberá prepararse para abordar las complicaciones derivadas de laobtención y manejo de la información genética de los individuos.

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4.5. Proteómica

La proteómica es el estudio de los proteomas, es decir, el conjunto de proteínasexpresadas por un tejido, célula, fracción subcelular, líquido fisiológico, etc., enunas condiciones determinadas. A partir de los treinta y cinco mil genes humanos,se estima que cada célula expresa al menos veinte mil proteínas, pudiendo ser muydiferentes las proteínas de unas células a otras. Muchas están presentes en todaslas células, realizando las tareas comunes estructurales y de mantenimiento ener-gético y vital, y el resto corresponden a las funciones específicas de cada estirpecelular diferenciada. Todas las células de un organismo tienen el mismo genoma,que es estático, pero pueden expresar multitud de proteomas diferentes comoconsecuencia de cambios en su entorno, situaciones de estrés, administración defármacos, señales bioquímicas o según su estado fisiológico o patológico. El pro-teoma es, por tanto, un concepto dinámico, permanentemente cambiante, una fo-to molecular de las proteínas presentes en cada momento en la célula o muestraanalizada. El proteoma es mucho más complejo que el genoma. Cada gen puedeproducir varias formas moleculares de una proteína que posteriormente son modi-ficadas postraduccionalmente. Se han descrito más de cuatrocientos tipos de mo-dificaciones químicas (glicosilación, prenilación, fosforilación, acetilación, etc.), pu-diéndose dar varias en una misma proteína de manera permanente o transitoria.Tales modificaciones afectan a su estructura y propiedades funcionales, vida me-dia, localización intra y extracelular, interacciones proteína-proteína, etc. El proteo-ma viene definido, por tanto, en términos de secuencia, estructura, abundancia, lo-calización, modificación, interacción y función de las proteínas y constituye el fe-notipo característico de cada célula o tejido. Esta información no puede obtenersedel genoma ni del transcriptoma (conjunto de ARN mensajeros transcritos), por loque el estudio de los proteomas es imprescindible y complementario de los datosgenómicos. Entre las muestras biológicas más importantes cuyo conocimiento delproteoma es esencial se encuentran los líquidos fisiológicos (suero), ya que no tie-nen ácidos nucleicos. Por otra parte, las proteínas son la diana de más del 90% delos fármacos, por lo que su estudio cobra mayor relevancia.

La proteómica lleva a cabo tres tipos fundamentales de estudios:

n Identificación y catalogación de las proteínas (y sus modificaciones postraduc-cionales) que constituyen los distintos proteomas, cuya información almacena-da en bases de datos es un elemento esencial para el resto de estudios prote-ómicos.

n Proteómica de expresión diferencial, cuya finalidad es el estudio comparativo deuna célula (o muestra biológica) en dos condiciones distintas (un control sanofrente al patológico, o tratado y sin tratar con un fármaco, etc.) para detectar lasproteínas que sufren modificaciones químicas o alteraciones en sus niveles deexpresión. Permite identificar proteínas que puedan representar biomarcadorespronósticos, diagnósticos y de seguimiento de una enfermedad y que, con fre-cuencia, pueden ser nuevas dianas terapéuticas.

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n Proteómica del mapa celular, cuyo objetivo es el estudio de las interaccionesproteína-proteína, asociaciones macromoleculares, rutas de señalización, etc.Pretende construir un mapa físico de las interacciones existentes entre las pro-teínas celulares, haciendo uso de técnicas estructurales (rayos X, resonanciamagnética nuclear) y cinéticas y de herramientas bioinformáticas.

4.5.1. TECNOLOGÍAS PROTEÓMICAS

La proteómica utiliza de forma sinérgica un conjunto de técnicas que pueden cla-sificarse en cuatro categorías: a) técnicas para el análisis global y la separación delas proteínas; b) métodos para el análisis individual y la identificación de las proteí-nas previamente separadas; c) herramientas para el procesado y la interpretaciónde los datos; y d) técnicas para el estudio de las interacciones entre proteínas. Al-gunos instrumentos integran las tres primeras en un único equipo (SELDI-TOF) pro-porcionando un alto rendimiento y una gran eficacia de análisis.

Las principales técnicas de separación que se emplean son la electroforesis bidi-mensional, la cromatografía multidimensional y la electroforesis capilar. Todas ellasse aplican a mezclas complejas de proteínas procedentes de lisados celulares o delíquidos fisiológicos. Con frecuencia se realiza un fraccionamiento previo (aisla-miento de mitocondrias, membranas, citoesqueleto...) con el fin de simplificar lacomplejidad de las muestras.

La electroforesis bidimensional (2-DE) combina la separación de las proteínas enfunción de su carga, seguida por la separación según su masa molecular. En ungel estándar (20 x 20 cm) pueden visualizarse entre mil quinientos y dos mil man-chas proteicas, y con sistemas de alta resolución hasta diez mil proteínas, que pue-den ser analizadas directamente mediante espectrometría de masas, dada su gransensibilidad (femtomolar e incluso attomolar). La 2-DE tiene un grado de sensibili-dad bajo; además, es una técnica muy laboriosa, que requiere la realización demúltiples geles para garantizar la reproducibilidad y fiabilidad estadística de los da-tos. Estos inconvenientes pueden obviarse utilizando el sistema DIGE (DifferentialGel Electrophoresis), que analiza simultáneamente en el mismo gel dos muestrasque han sido previamente marcadas con dos fluoróforos distintos. La relación deintensidad de fluorescencia de cada mancha en el gel proporciona información so-bre su abundancia relativa. La 2-DE es la técnica que, hasta la fecha, ha conse-guido identificar mayor número de proteínas y, especialmente, la identificación denuevos biomarcadores con aplicaciones clínicas.

La cromatografía líquida multidimensional es una doble cromatografía que utilizacolumnas capilares a flujos de nL/min, lo que permite analizar unos diez mil picos,con gran resolución y sensibilidad, en femtomoles de muestra. Se utiliza para ana-lizar los péptidos procedentes del digerido (fragmentado) de una proteína o de unproteoma. Es un método automatizable en el que los péptidos, según van eluyen-do de la columna, entran directamente al espectrómetro de masas, que los frag-

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menta e identifica en tiempo real, lo que permite determinar la proteína de la queproceden. En un único experimento pueden identificarse miles de péptidos y/o pro-teínas.

La espectrometría de masas (MS del inglés mass spectrometry) es una técnica quedetermina con alta sensibilidad y precisión la masa molecular de compuestos quí-micos o biológicos, a partir de la cual pueden deducirse datos estructurales e iden-tificar los compuestos. En proteómica se utilizan varios tipos de MS que aplicanmétodos de ionización suave de la muestra, que fragmentan y volatilizan para suanálisis. El conjunto de las masas de los péptidos procedentes de una proteína dada proporciona un patrón que podría equivaler a una huella dactilar peptídica(fingerprinting) que, a su vez y mediante programas informáticos, permite su iden-tificación en las bases de datos. Otro tipo de MS permite el aislamiento de un úni-co péptido, que puede ser fragmentado y secuenciado total o parcialmente. Utili-zando la secuencia de uno o más péptidos, la búsqueda e identificación de la pro-teína en las bases de datos es unívoca y con una fiabilidad muy superior a la queproporciona la huella peptídica. Los MS más recientes obtienen de forma automá-tica la huella peptídica y la secuencia de los péptidos de cada proteína en pocossegundos; combinando ambos tipos de datos pueden identificar cientos de prote-ínas en un día.

4.5.2. APLICACIONES PROTEÓMICAS

Obtención de perfiles diagnósticos

El descubrimiento, la identificación y validación de proteínas asociadas con una en-fermedad particular es una labor intensa que requiere el análisis de cientos o milesde muestras. El método proteómico habitual es la cromatografía líquida multidi-mensional, ya descrita; su utilización es muy poderosa para el estudio de proteo-mas, pero presenta muchas dificultades para realizar estudios comparativos ycuantitativos.

El sistema SELDI-TOF (Surface Enhanced Laser Desorption/Ionization-Time ofFlight) combina la retención de proteínas con la MS, permitiendo generar gráficosdonde se representa la abundancia frente a la masa molecular de las proteínas, amodo de perfiles proteicos constituidos por miles de líneas que caracterizan, porejemplo, el suero de un individuo. La comparación de los perfiles normales con losobtenidos del suero de pacientes con distintas patologías (se está utilizando encáncer y en patologías cardiovasculares, neurodegenerativas, osteoarticulares, res-piratorias, infecciosas...) permite obtener perfiles pronósticos, diagnósticos, de se-guimiento, de tratamiento farmacológico, etc. Su poder discriminatorio es muy su-perior al de marcadores únicos (por ejemplo, PSA en cáncer de próstata, ProteínaC reactiva en infección e inflamación). Como utiliza muy poca muestra (1 µl) y, ade-más, es muy rápido (se pueden analizar cien muestras al día) y automatizado, supotencial en clínica analítica es enorme y puede ir sustituyendo muchas de las téc-

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nicas habituales de los laboratorios de bioquímica clínica (enzimo-inmunoanálisis),que son más lentos, más caros (utilizan anticuerpos fluorescentes), usan mayorcantidad de muestra y sólo informan de un único marcador, frente a los miles queproporciona el SELDI-TOF.

A pesar de sus indudables ventajas, el sistema SELDI-TOF ve disminuida su sen-sibilidad y exactitud en la determinación de la masa para proteínas mayores de 70kDa, pero éstas son una minoría de las proteínas plasmáticas (se conocen más demil, actualmente). Por otra parte, su reproducibilidad no es bien conocida, dado eltodavía reducido número de investigadores que lo utilizan. Además, en muestrastan complejas como el plasma humano, el sistema de fraccionamiento inicial en loschips de retención necesita estandarizarse mejor, por lo que se están definiendoactualmente unos estándares cuantitativos de referencia. Sin embargo, el númerode potenciales biomarcadores de enfermedad identificados mediante SELDI-TOFno deja de aumentar de manera constante. Algunas de las críticas al sistema SELDI-TOF tienen un origen más económico que científico, dado el enorme mer-cado por el que compite, el de la bioquímica clínica.

Obtención de perfiles y mapas de proteínas de tejidos

Una aplicación clínica especialmente útil de la MS es su utilización directa sobre lostejidos (cortes habituales sobre portaobjetos para microscopia, de 5-20 mm degrosor), volatilizando sus proteínas de manera que puede obtenerse un mapa pro-teico de la abundancia y localización de las proteínas (MS-Imaging). El mapa bidi-mensional se obtiene haciendo incidir un láser de sobre cortes histológicos recu-biertos de matriz (compuestos orgánicos que cristalizan atrapando las proteínas enel cristal y absorben la energía del láser, siendo el conjunto sublimado) y analizan-do las proteínas que son vaporizadas. Típicamente se obtienen entre quinientas ymil señales de proteínas individuales, con masas entre 2-70 kDa. Las imágenesson generadas mediante un software específico que clasifica y agrupa las proteí-nas y compara diversas muestras, permitiendo obtener imágenes tridimensionalesde la distribución de las proteínas del tejido. Esta tecnología implica un tipo de in-formación totalmente nuevo para la descripción, clasificación y caracterización demuestras histológicas, que está permitiendo la identificación de biomarcadores, lalocalización de proteínas específicas y la reclasificación de tumores. La técnica escompatible con los métodos de tinción clásicos, lo que permite la integración deambos tipos de datos. Además, permite estudiar la biodistribución de moléculaspequeñas, particularmente fármacos, y su colocalización con proteínas en el tejido.El MS-imaging puede aplicarse a preparaciones homogéneas de células, obteni-das del propio corte histológico mediante microdisección por captura con láser, in-crementando así su resolución. Esta tecnología debe complementar, o sustituir,muchas de las técnicas manuales actuales (microscopia óptica, fluorescencia) enlos departamentos de anatomía patológica de los hospitales.

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Micromatrices de proteínas Es el sistema más reciente y en desarrollo para el análisis de proteínas a gran es-cala y con alto rendimiento. Este es el sector de mayor crecimiento en el mercadoproteómico, especialmente en el área de la proteómica funcional (análisis de laspropiedades bioquímicas y celulares de las proteínas). No deben confundirse lasmicromatrices o chips de proteínas (cientos o miles de proteínas depositadas enuna superficie de manera ordenada) con la miniaturización y automatización de lasdistintas técnicas bioanalíticas proteómicas (2-DE, electroforesis capilar, cromato-grafías) que se están desarrollado en formato tipo chip (the lab-on-a-chip) basadosen la tecnología de microfluídica (ver apartado 4.8.1).

Las micromatrices analíticas se utilizan para determinar y cuantificar las proteínaspresentes en una muestra. La disolución de la mezcla de proteínas que se van aanalizar se aplica sobre la micromatriz, que contiene agentes de captura que actú-an como sondas. Los agentes de captura más conocidos son los anticuerpos (Ac)en sus distintas modalidades: monoclonales completos, fracción Fab, fracciónscFv, afibodies (Ac sintéticos), dominios de Ac, etc. Tienen una gran aplicabilidad(ver apartado 3.2.2) y su uso está cada vez más extendido, existiendo algunos as-pectos mejorables como la posible inespecificidad, reacciones cruzadas, orienta-ción sobre el soporte, afinidad, etc. La metodología más poderosa para producirrepertorios de Ac frente a proteomas complejos es la generación de bibliotecas deAc en la superficie de bacteriófagos.72 En diversas patologías se producen Ac fren-te a componentes del propio organismo (autoanticuerpos en enfermedades au-toinmunes, como el lupus eritematoso sistémico, diabetes tipo 1, artritis reumatoi-de, miastenia, etc.), de los que se conocen unos doscientos. La producción de mi-cromatrices conteniendo los autoantígenos, como proteínas recombinantes, paraidentificar los autoanticuerpos presentes en el plasma de los pacientes, está en fa-se de desarrollo. De manera similar, se están produciendo micromatrices que con-tienen alergenos recombinantes (de polen, alimentos, látex), para la detección deIgEs en respuestas alérgicas.

Recientemente se están generando diversos agentes de captura distintos a los Ac,como péptidos, moléculas orgánicas, polímeros sintéticos, oligonucleótidos, aptá-meros, ribozimas, trinectinas (derivados de la fibronectina), MIP (molecular imprintedpolymers: compuestos que se polimerizan sobre las proteínas creando moldes pa-ra su uso posterior), etc. A pesar de esta diversidad, la captura de las proteínas, jun-to con los métodos de detección, constituye el gran problema de las micromatricesde proteínas; no existen todavía agentes de captura de alta calidad que puedan in-movilizarse en la superficie de una micromatriz y que permitan unir, detectar y cuan-tificar una mezcla compleja de proteínas. Este problema está retrasando no sólo eldesarrollo de los chips proteicos, sino el de la industria proteómica.

Las micromatrices de fase reversa son de especial relevancia en medicina. En ellas,las biopsias (típicamente de tumores) se lisan (degradan) y se depositan en dilu-

17272 Virus que solamente infectan bacterias.

ciones sucesivas como microgotas (utilizando los mismos robots que para la fabri-cación de las micromatrices de ADN); posteriormente, son revelados con Ac vali-dados obteniéndose información cualitativa y cuantitativa para cada paciente, loque permite un tratamiento personalizado. Existen actualmente cerca de mil Ac va-lidados.

Finalmente, las micromatrices funcionales se utilizan para determinar actividadesbioquímicas e interacciones moleculares. Las proteínas de interés se inmovilizan enla micromatriz y se analizan sus funciones biológicas e interacciones incubándolascon distintas moléculas (otras proteínas, metabolitos, sustratos de enzimas, DNA,etcétera). Los dos problemas principales de estas micromatrices son la producciónde colecciones extensas de proteínas y su mantenimiento en forma activa en la mi-cromatriz. Sin embargo, para grupos de proteínas con características funcionalessimilares (factores de transcripción, receptores, quinasas) hay un gran campo pordesarrollar en clínica humana.

La enorme cantidad de datos que la genómica y la proteómica están generando,mediante la enumeración de los componentes celulares (genes y proteínas), susfunciones e interacciones, está transformando la biología y la medicina. Esta infor-mación está siendo recopilada en diversas bases de datos como las relativas a losgeles 2-D de proteínas, proteomas de las distintas estirpes celulares y sus sub-proteomas, etc. Se está desarrollando multitud de herramientas informáticas dedi-cadas al análisis de imagen de los geles 2-D, a la interpretación de los espectrosde masas, a la secuenciación de las proteínas de forma automática fiable, a los mé-todos de cuantificación, etc. Sin embargo, lo más destacado es la aparición denuevas herramientas informáticas y bases de datos, con una orientación totalmen-te diferente, fisiológica y funcional, que intentan integrar el catalogo de proteínas ygenes, para reflejar el comportamiento celular, analizando las rutas de señalización,las interacciones proteína-proteína, los biomarcadores, los perfiles proteicos, etc.Además esos datos deben ser integrados con los de la medicina clásica (historiaclínica, analítica, imágenes de rayos X y resonancia magnética nuclear, histología,tratamiento) para obtener un verdadero valor fisiopatológico. De esta forma se es-tán generando auténticas plataformas bioinformáticas dedicadas a integrar todoslos datos relativos a patologías concretas. En España esta es un área incipiente.

La medicina molecular se está desplazando muy rápidamente de la genómica a laproteómica ya que, al permitir el estudio de tejidos, células y líquidos biológicos, lasalteraciones en las proteínas constituyen auténticas firmas moleculares de los pro-cesos patológicos. Aunque todavía está en desarrollo en muchas áreas, la proteó-mica ya está madura para empezar a ser trasladada a la clínica. La proteómica clí-nica favorece la detección precoz de la enfermedad, su monitorización, el uso deterapias más efectivas y un entendimiento más profundo y global de la patogéne-sis. La utilización de perfiles proteicos diagnósticos y pronósticos, de suero y de te-jidos, constituye una auténtica revolución que puede cambiar el panorama de laanalítica clínica acercándose a la medicina personalizada. Además, es un atajo pa-ra la detección de biomarcadores (hay más de quinientas nuevas proteínas con in-

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terés clínico identificadas por proteómica, frente a las ciento cincuenta previamen-te conocidas) y dianas diagnósticas, en un mercado claramente en expansión. Losperfiles proteicos de muestras tratadas con fármacos permiten, además, identificarposibles efectos secundarios, ya que facilitan la detección de todas las proteínasque el fármaco altera. La proteómica clínica es ya una realidad de la medicina delsiglo XXI. En España es un área sin desarrollar con una gran perspectiva de nego-cio, que debe ir implantándose en todos los grandes hospitales y centros de in-vestigación biomédica.

n El proteoma es el conjunto de proteínas expresadas en unas condiciones deter-minadas. A diferencia del genoma, el proteoma puede variar en función del es-tado fisiológico o patológico, por lo que constituye el fenotipo característico decada célula o tejido en un momento determinado.

n La separación y el análisis de los miles de proteínas de una muestra, mediantecromatografía líquida y espectrometría de masas (sistema SELDI-TOF), permiteobtener perfiles proteicos con muy poca muestra, de manera rápida y automati-zada. En clínica tiene un gran valor pronóstico, diagnóstico y de seguimiento deun tratamiento.

n La espectroscopia de masas se puede aplicar directamente sobre un tejido (MS-Imaging), obteniéndose mapas tridimensionales de la distribución de proteínasen el tejido. Esto constituye una fuente de información novedosa para la clasifi-cación y caracterización de muestras histológicas.

n Las micromatrices de proteínas analíticas utilizan agentes de captura, general-mente anticuerpos, para determinar y cuantificar las proteínas presentes en unamuestra. Hay micromatrices de autoantígenos y alergenos para el análisis de en-fermedades autoinmunes y respuestas alérgicas, respectivamente.

n Las micromatrices de fase reversa contienen muestras de biopsias, que son ana-lizadas con anticuerpos validados, y se utilizan principalmente para el estudio derutas de señalización en tumores.

n La proteómica, aunque todavía en desarrollo, empieza a ser una realidad, cons-tituyendo el paso definitivo para la medicina personalizada, con la ayuda de labioinformática, en la integración de los grandes volúmenes de datos obtenidos.

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4.6. Bioinformática: nuevas herramientas de análisis

La bioinformática es una de las áreas de investigación más jóvenes en el ámbito dela biología molecular. Contribuye a la resolución de problemas biológicos que preci-san del manejo de una gran cantidad de datos, información biológica distribuida, re-presentaciones de conocimiento complejo, formulación de modelos sobre el funcio-namiento de sistemas celulares y predicciones sobre su comportamiento. A tal fin losmétodos bioinformáticos se ocupan de gestionar procesos experimentales, organizarresultados, analizarlos, generar modelos sobre los que formular hipótesis y proponernuevos experimentos y, finalmente, contribuir a extraer de ellos un sentido biológico.

La bioinformática es hoy una herramienta fundamental en el proceso de I+D de laindustria farmacéutica. Su utilización en las fases de descubrimiento de nuevas dia-nas sobre las que desarrollar nuevos fármacos ahorra gran cantidad de tiempo ydinero. La aplicación de este tipo de herramientas en fases de validación de dianasy de moléculas terapéuticas, y en los análisis de toxicidad y de especificidad per-mite desechar moléculas no comercializables en estadios tempranos del desarro-llo con el consecuente ahorro en costes. Finalmente, ante la posibilidad de desa-rrollar fármacos específicos para individuos con composiciones genómicas deter-minadas, la bioinformática es una herramienta potente para adaptar los costososensayos clínicos a grupos poblacionales adecuados. Como muestra de su impor-tancia en el proceso de I+D de nuevos tratamientos, se puede mencionar la ten-dencia de grandes multinacionales farmacéuticas a desarrollar internamente el pro-ceso de análisis bioinformáticos en departamentos específicos, siendo parte delnúcleo de sus actividades.

4.6.1. APLICACIONES DE LA BIOINFORMÁTICA

Secuenciación de genomas

Las técnicas robotizadas de secuenciación masiva, unidas a desarrollos bioinfor-máticos para la gestión de las grandes cantidades de información producida, hancontribuido de forma clave a que secuencias como la del genoma humano se pu-blicaran mucho antes de lo previsto, y a la rápida acumulación de un número sig-nificativo de genomas de organismos complejos con interés en investigación bási-ca, en biomedicina y en agroalimentación.

La secuencia sólo tiene valor informativo si va seguida de un análisis capaz de de-terminar las regiones que juegan un papel activo en la biología del organismo, in-cluyendo genes y regiones de control. De hecho, en el genoma humano sólo alre-dedor del 1% de su secuencia de ADN lo forman genes que finalmente serán trans-critos a proteínas. Desgraciadamente, las señales en la secuencia del ADN quedeterminan la presencia de los genes que codifican estas proteínas son muy te-

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nues y difíciles de localizar, de manera que, después de varios años de esfuerzo enel análisis del genoma humano, aún no es suficientemente fiable el dato de aproxi-madamente treinta mil genes que ha sido divulgado como el número de genes quecomponen un ser humano. Por tanto, el desarrollo de métodos bioinformáticos pa-ra la localización de los genes se ha convertido en un área de intensa investigación,con la utilización de estrategias que combinan los datos experimentales disponi-bles sobre la localización de genes conocidos, la información sobre la conserva-ción de los genes básicos en organismos similares y el análisis de las señales so-bre la posición de los genes detectables en la secuencia del ADN.

Estructura de las proteínas

Las proteínas desarrollan su actividad biológica gracias a su capacidad para man-tener una estructura tridimensional única, precisa, de la que depende completa-mente su función. En este sentido, las compañías farmacéuticas realizan conside-rables esfuerzos para disponer de la estructura de las proteínas con las que traba-jan, puesto que de ese modo pueden acelerar significativamente el proceso demodificación y mejora de los correspondientes fármacos.

Obtener la estructura de las proteínas experimentalmente, con métodos de reso-nancia magnética nuclear (RMN) y rayos X, es un proceso caro y laborioso. Por ci-tar un ejemplo, un consorcio de agencias y compañías británicas y canadienses hafinanciado, con más de setenta y cinco millones de euros, un proyecto dirigido a ladeterminación de la estructura tridimensional de trescientas proteínas de interésfarmacológico. En la actualidad hay más de veintinueve mil estructuras de proteí-nas almacenadas en bases de datos, una cantidad que es cinco veces inferior a lade entradas de secuencias de proteínas en bases de datos y mil quinientas vecesmenor que el de entradas de secuencias de ADN. Este esfuerzo experimental noes en ningún caso suficiente para obtener una estructura para cada una de las pro-teínas conocidas, y el conocimiento de los procesos físicos subyacentes no per-mite reproducir el proceso de plegamiento de las proteínas (la adquisición de su es-tructura tridimensional) a través de ordenadores. Éste problema sigue siendo unode los mayores desafíos de la biología en el siglo XXI.

Para cubrir este importante vacío se han desarrollado técnicas bioinformáticas queson capaces de producir modelos útiles de las estructuras de muchas proteínasutilizando procedimientos de aprendizaje que utilizan la información de las secuen-cias y estructuras conocidas para predecir la estructura de nuevas proteínas. Es-tos modelos son en muchos casos suficientes para diseñar nuevos experimentosque permiten un progreso más rápido en la caracterización de las propiedades delas proteínas y, cuando se dan las condiciones adecuadas, pueden ser utilizadoscomo punto inicial para el diseño racional de fármacos utilizando técnicas de es-crutinio (screening) virtual y modelado molecular.

Los proyectos de obtención masiva de la estructura de proteínas, como el men-cionado más arriba en el caso de Canadá, junto al rápido crecimiento de la capa-

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cidad computacional disponible, y la aparición de nuevos algoritmos y métodosbioinformáticos, están haciendo posible la generación de modelos estructuralesde calidad para un mayor número de proteínas y, a su vez, incrementando consi-derablemente las posibilidades de usar nuevas proteínas como nuevas dianas te-rapéuticas.

Expresión de los genes

El desarrollo de la tecnología de micromatrices de ADN, capaces de detectar en unsólo experimento el estado de activación de miles de genes, se ha convertido enuno de los hechos más significativos de la nueva biología molecular. Los datos deexpresión obtenidos con esta técnica están siendo utilizados como herramientasde diagnóstico de varios tipos de cáncer. La expresión diferencial de genes en es-te tipo de patologías permite la elección de tratamientos específicos con mayorprobabilidad de éxito. En su vertiente más académica estos datos han abierto laposibilidad de obtener los primeros modelos de los procesos de regulación de laexpresión génica en el conjunto de la célula.

En la práctica una de las mayores dificultades de estos experimentos es el análisiscomputacional de los complejos datos generados. Problemas asociados a esteanálisis son: el diseño de las bases de datos para almacenar datos complejos deunas técnicas experimentales que evolucionan muy rápidamente, la propia dificul-tad de almacenar grandes cantidades de imágenes y datos, la estimación de la sig-nificación estadística de los resultados, la comparación de los patrones de expre-sión en colecciones de genes y, muy especialmente, la última etapa del análisis delos resultados en el contexto de toda la información experimental disponible, porejemplo, su relación con enfermedades.

Varios sistemas, tanto públicos como privados, contienen métodos para el análisisde los resultados de micromatrices de ADN y de los experimentos de proteómica,incluyendo la creación de estándares para la comparación de resultados genera-dos por distintos laboratorios. La novedad y la rápida evolución de esta tecnologíahacen imposible una única solución bioinformática, debiendo entenderse el proce-so de análisis como parte del propio proceso experimental.

La variabilidad entre individuos: tratamientopersonalizado

El estudio de las diferencias en el genoma entre individuos y su respuesta a dife-rentes terapias permite establecer asociaciones estadísticas entre enfermedades ymarcadores genéticos específicos de individuos y poblaciones (en particular lospolimorfismos o SNP, es decir, cambios de un solo nucleótido en una secuenciadel ADN). Este tipo de estudios estadísticos es imprescindible para conocer mejorenfermedades complejas que son resultado de alteraciones relativamente peque-

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ñas de varios genes. El enorme potencial de estas aplicaciones corre en paralelocon la gran complejidad del análisis sistemático requerido para encontrar una rela-ción estadística entre enfermedades y polimorfismo genético.

Si bien el uso del análisis de SNP para determinar una terapia adecuada es aún po-sible para un pequeño número de casos experimentales, el escenario más admiti-do es que este tipo de trabajo terminará estandarizándose a precios económicoshaciendo realidad la «medicina a la carta» o personalizada. El análisis e integraciónde estos datos sobre las complejas relaciones entre genotipo (características mo-leculares del individuo) y fenotipo (características observables del individuo) y elconsiguiente desarrollo de la metodología computacional adecuada, va a requeriruna especial atención en esta área particularmente activa de la bioinformática.

Bioinformática y biomedicina

Al igual que la biología molecular ha ido creciendo a medida que las tecnologías,tanto computacionales como experimentales, han ido evolucionando, la informáti-ca médica ha seguido un proceso similar. La extracción de información de la lite-ratura, la clasificación de enfermedades, el desarrollo de árboles de decisión comoayuda al diagnóstico, el análisis de imágenes de resonancia y otros aspectos co-mo la gestión, el almacenamiento y la integración de información clínica, son algu-nos de los ejemplos del desarrollo de la informática médica. No obstante, existendificultades para llevar a cabo proyectos de integración entre la bioinformática y lainformática clínica, principalmente relacionadas con las restricciones de acceso ala información almacenada en los expedientes clínicos. Estas dificultades hacenque de momento propuestas muy razonables sobre el papel no se hayan llegadoa implementar en escenarios reales.

4.6.2. EL MANEJO DE LA INFORMACIÓN EN BIOLOGÍA MOLECULAR

La información experimental en biología y biomedicina se encuentra en más de tre-ce millones de publicaciones, que están disponibles en bases de datos de resú-menes de esas publicaciones (Medline), de patentes, de enfermedades e, incluso,en los propios repositorios de información de las compañías (ver tabla 18). Mien-tras que esta información es utilizada por expertos que leen y analizan las publica-ciones relacionadas con su campo de trabajo más próximo, el análisis de las aso-ciaciones entre los miles de genes y proteínas resultantes de los experimentos degenómica y proteómica requiere aproximaciones sistemáticas para la extracción deinformación directamente de estas fuentes bibliográficas. Este tipo de metodologíase ha convertido en los últimos años en una de ramas de la bioinformática más de-mandadas por los usuarios y las compañías, puesto que facilita la interpretación delos datos obtenidos tras los costosos experimentos.

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En los últimos años la gestión de la información en biología molecular se ha con-vertido en un problema de gran importancia, dado su crecimiento exponencial (verfigura 12), constituyendo uno de los mayores retos para el uso racional de la infor-mación disponible. Las secuencias de genes y proteínas, junto a la información ex-perimental, se han almacenado tradicionalmente en diversos repositorios y basesde datos, que se crean con propósitos específicos, contienen información muy es-pecializada y recogen una gran disparidad de criterios. En la actualidad se dispo-ne de más de quinientos de estos repositorios con información relevante sobre lasfunciones de los genes y las proteínas. Este proceso es consustancial al desarro-llo de la biología experimental, donde los equipos de investigación producen suspropios resultados, que resumen en artículos científicos y en muchos casos hacenpúblicos y actualizan en sus propios espacios electrónicos.

La atomización de la información y la heterogeneidad de los datos, tanto en contenidocomo en formato, han llevado a la comunidad científica a desarrollar proyectos bioin-formáticos dirigidos a establecer estándares de almacenamiento y conectividad de ba-ses de datos, puesto que se considera que la existencia de repositorios centralizadossólo es posible en algunos campos específicos, mientras que en muchos otros los re-positorios deben de permanecer junto a los expertos que generan ese tipo de infor-mación. Entre los campos en los que la organización, almacenamiento y gestión de da-tos han sido posibles se encuentran las bases de datos ArrayExpress, para experi-mentos de arrays (matrices) de ADN, o Intact, para interacciones entre proteínas.

La integración de los diferentes repositorios de datos es fundamental para obteneruna visión global del funcionamiento del sistema biológico. Tradicionalmente la in-tegración se solucionaba con simples enlaces cruzados a diferentes bases de da-tos. Actualmente se están desarrollando, tanto en el ámbito público como en el pri-

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Secuencias de ADNEMBL http://www.ebi.ac.uk/embl/GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=Nucleotide

Secuencias de proteínasSwissProt http://us.expasy.org/sprot/Uniprot http://www.ebi.ac.uk/swissprot/

Estructuras de proteínasPDB http://www.rcsb.org/pdb/

Variabilidades génicasdbSNP http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/

Literatura científicaPubMed http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMediHOP http://pdg.cnb.uam.es/UniPub/iHOP/

Matrices de ADNSMD http://genome-www5.stanford.edu/ArrayExpress http://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/

Interacción de proteínasIntact http://www.ebi.ac.uk/intact/index.htmlBind http://bind.ca/

Bases de datos médicasOMIM http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM

Tabla 18.Principales bases de datos utilizadas en biología molecular

vado, soluciones de integración inteligentes más acordes con las necesidades ytecnologías actuales para la operación de servicios distribuidos por la web.

4.6.3. LA BIOINFORMÁTICA EN ESPAÑAEl desarrollo de la bioinformática, tanto a nivel público como privado, va íntima-mente ligado al progreso de proyectos biotecnológicos en genómica y proteómica,así como a la inversión en I+D de la industria farmacéutica y biotecnológica. Tradi-cionalmente España no ha llevado a cabo grandes iniciativas en genómica, genó-mica funcional (matrices de ADN) y proteómica. Esta deficiencia inversora ha deja-do atrás al país en el desarrollo biotecnológico y ha obligado a sus científicos aunirse a proyectos de financiación externa. La situación contrasta notablementecon la de otros países europeos donde la presión de los proyectos genómicos na-cionales ha encauzado de forma positiva la actividad de los grupos bioinformáticoshacia la colaboración en ese tipo de iniciativas.

Según el informe «The pharmaceutical industry in figures», publicado en 2004 porla Federación Europea de Industrias y Asociaciones Farmacéuticas (European Fe-deration of Pharmaceutical Industry and Associations, EFPIA), la capacidad deatraer capital en I+D por parte de los países europeos es desigual. Alemania ha si-do uno de los países de referencia en inversión en I+D por parte de la industria bio-tecnológica; sin embargo, recientes políticas gubernamentales han reducido con-siderablemente estas inversiones a favor de países como el Reino Unido, que hapasado a abarcar un tercio del gasto en I+D en Europa.

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Figura 12.Crecimiento de lasbases de datos enbiología molecular

C) Número de Bases en EMBL

B) Crecimiento de las bases de datosA) Número de entradas en las basesde datos en 2004

100.000.00010.000.0001.000.000

100.00010.0001.000

100101

13.221.91344.485.655

163.49629.061

231

PubMed Genebank SwissProt PDB Genomas

50.000

40.00035.00030.00025.00020.00015.00010.000

0

1992

5.000

45.000

Mile

s

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

PubMed

70.00060.00050.00040.00030.00020.000

0

1982

10.000

80.000

Mill

one

s

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

EMBL

A) Número de entradas en las principales bases de datos de biología molecular en 2004. B) Creci-miento del número de entradas en las bases de datos de biología molecular en los últimos catorceaños. C) Número de nucleótidos almacenados en EMBL (base de secuencias de ADN); cada base ocu-pa 1 byte. En 2004 sólo la base de datos EMBL ha crecido en 255 GB (equivalente a 57 DVD).

Entre las distintas respuestas dirigidas a cubrir la necesidad de establecer en Espa-ña una estructura biotecnológica competitiva, se creó la Fundación Genoma España(GE), que actúa como instrumento para la promoción de este sector aunando es-fuerzos públicos y privados. GE ha puesto en marcha plataformas tecnológicas degenotipado, bancos de ADN, proteómica y bioinformática. Además, ha desarrolladoproyectos de genómica que complementan a los proyectos más próximos a la in-vestigación básica financiados por el MEC. El Instituto Nacional de Bioinformática(INB) es una plataforma de GE que supone la inversión más importante en el área dela bioinformática llevada a cabo en nuestro país. La misión del INB es organizar lossistemas de información y análisis bioinformático necesarios para la correcta explo-tación de los resultados de los proyectos nacionales de genómica y proteómica.

También en el sector privado se han registrado novedades durante estos últimosaños; así, han surgido nuevas compañías con actividad en bioinformática. Aunquesu creación puede interpretarse como un coletazo algo tardío del movimiento ge-neral en esta dirección a escala europea, presenta también interesantes peculiari-dades propias. En términos generales, estas compañías son pequeñas, con un ca-pital social inicial inferior a los dos millones de euros y, en general, han seguidounos mecanismos de financiación peculiares, sin presencia significativa de capital-riesgo externo, ni rondas de financiación clásicas. Las razones parecen estar rela-cionadas con la falta de interés y el escaso desarrollo de este tipo de soluciones fi-nancieras en España. El marcado carácter político de la financiación en I+D, tantoprivada como institucional, crea indudablemente un problema para la actividad delas compañías que no están en el porfolio de empresas de capital riesgo bien co-nectadas internacionalmente. Además, el escaso desarrollo de un tejido industrialbiotecnológico nacional hace que la supervivencia de estas compañías dependade forma crítica de su capacidad de abordar mercados internacionales.

La mayoría de estas empresas surgen como spin-offs de centros de investigación yuniversidades. La falta de una regulación clara y la completa ausencia de mecanis-mos de estímulo adecuados dificultan enormemente la colaboración entre los gruposde investigación y las compañías que surgen de ellos. Esta situación coloca a Espa-ña en una clara desventaja competitiva frente al resto de países europeos, en los quela relación entre los grupos de investigación y las compañías que han surgido de ellosestá claramente regulada, fomentando una interacción mucho más fluida.

4.6.4. MODELOS DE NEGOCIO DE LAS EMPRESAS BIOINFORMÁTICAS

Existe un gran número de empresas biotecnológicas para las que la bioinformática re-sulta clave de cara a sus modelos de negocio; sin embargo, esta disciplina científicano forma parte de su fuente principal de ingresos. El ejemplo más claro es Celera Ge-nomics, empresa que secuenció el genoma humano y que, para lograr sus objetivos,necesitó un gran desarrollo bioinformático de cara a la comercialización de sus datos.

181

Los avances tecnológicos, la complejidad de los experimentos en biología moleculary la gran cantidad de datos generados son aspectos que han llamado la atención degrandes compañías informáticas con experiencia en el desarrollo de sistemas degestión de información empresarial. Estas compañías se han centrado en el desa-rrollo de herramientas de gestión de procesos y experimentos, conocidos de formagenérica como sistemas LIMS (Laboratory Information Management Systems).

Las empresas que basan su negocio en la comercialización de hardware tambiénhan invertido en desarrollos bioinformáticos, con objeto de mejorar la introducciónde sus equipos en el proceso de investigación en el laboratorio. Por su parte, lasempresas de monitorización de ensayos clínicos también reclaman sus desarrollosen bioinformática, dirigidos a la gestión y el análisis de datos clínicos, un área máscercana a la informática médica que a la bioinformática propiamente dicha.

Finalmente, están las empresas bioinformáticas como tales, aquellas cuya principalfuente de ingresos se centra en la comercialización de desarrollos bioinformáticos,así como en la consultoría especializada.

Existen pocas compañías biotecnológicas en España que otorguen a la bioinfor-mática un papel fundamental dentro de sus modelos de negocio; aquellas que sílo hacen son filiales de multinacionales. Las empresas bioinformáticas españolassiguen modelos de negocio de comercialización de software y de consultoría diri-gida a grupos de centros de investigación, a pequeñas firmas biotecnológicas o ala industria farmacéutica. Sin embargo, amenazas como el escaso mercado na-cional, la rigidez burocrática y las iniciativas de software libre (cada vez más profe-sionalizado), obligan a estas empresas a buscar su supervivencia en la conquistade mercados como el estadounidense, el japonés, el alemán o el inglés.

n La bioinformática permite localizar señales en la secuencia de ADN que determi-nen la presencia de proteínas, potenciales dianas para fármacos.

n La bioinformática investiga y desarrolla herramientas que permiten predecir mo-delos estructurales para las proteínas con el objetivo de conocer su actividad deforma más rápida y económica.

n La información de las interacciones y regulación génica puede ser clave en la to-ma de decisiones de desarrollos de nuevos fármacos, logrando un considerableahorro en dinero y esfuerzo.

n El estudio de las pequeñas diferencias en el genoma entre individuos permite eldesarrollo de estrategias terapéuticas y de diagnóstico personalizadas. La com-plejidad de estos análisis y su evidente aplicación médica han fomentado la in-vestigación en desarrollos bioinformáticos en esta área.

n La biología molecular es una de las áreas del conocimiento que más datos ge-nera, cuya correcta integración y gestión suponen un reto tecnológico, tanto pa-ra informáticos como para biólogos.

n El escaso mercado nacional y los desarrollos de software libres más profesiona-lizados obligan a las empresas bioinformáticas españolas a lanzar su negocio enel extranjero; los modelos de negocio relacionados con la bioinformática son: lacomercialización de datos, la comercialización de hardware y el desarrollo y con-sultoría de software.

182

4.7. Biosensores

Desde que en el año 1962 surgió el primer concepto de biosensor (el biosensor deglucosa), la investigación sobre biosensores ha ido creciendo de forma exponen-cial. La introducción en el mercado del biosensor de glucosa, utilizado diariamen-te por miles de personas en todo el mundo, supuso la prueba más concluyente dela utilidad de esta tecnología.

Un biosensor es un dispositivo compuesto por dos elementos fundamen-tales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células, etc.), que detecta específicamente una sustancia aprovechando la especificidad de las interacciones biomoleculares, y un transductor o sensor, que interpreta la reacción de reconocimiento biológico y la traduce en una señal cuantificable.En la figura 13 se muestra el esquema básico del funcionamiento de un bio-sensor.

Aunque las dos principales características de los biosensores son su alta sen-sibilidad y selectividad, otra ventaja añadida de la utilización de estos dispositi-vos, en comparación con las técnicas de análisis estándar (tabla 19), es la po-sibilidad de realizar el análisis en tiempo real y de forma directa, lo que permiteestudiar las cinéticas de interacción (constante de afinidad, asociación, diso-ciación...), algo fundamental, por ejemplo, en la evaluación de fármacos poten-ciales.

183

Figura 13.Esquema básico del funcionamientode un biosensor

Receptor biológico

Transductor SeñalMuestra

= analito

A

La muestra que se quiere analizar se pone en contacto con el dispositivo, siendo posible detectar só-lo la sustancia que se va a analizar (+) para el que está diseñado el receptor biológico. Cuando tienelugar la reacción de reconocimiento biológico se producen una serie de cambios físico-químicos de-tectados por el transductor, que produce una señal cuantificable directamente proporcional a la con-centración de la sustancia que se va a analizar.

La utilización de biosensores abarca muchísimos campos. Numerosas sustancias,como drogas, toxinas, moléculas orgánicas, agentes patógenos, células, hormo-nas, péptidos, proteínas, etc., son susceptibles de ser detectadas mediante el usode un biosensor si se tiene el receptor biológico adecuado. Aunque la aplicaciónfundamental de los biosensores se halla en el campo del diagnóstico clínico, no sepuede olvidar su espectro de acción en otros campos igualmente importantes co-mo el medioambiental, la industria alimentaria, la farmacéutica, el control de pro-cesos industriales o la detección de agentes bioterroristas, por citar algunos. La ta-bla 20 recoge un resumen de las aplicaciones más importantes de los biosensoresen el área de salud humana.

El campo predominante de aplicación de los biosensores es el sector del diagnós-tico clínico, siendo el biosensor de glucosa el caso más conocido de esta tecnolo-gía. El I-Stat (Portable Clinical Analyzer) es otro de los biosensores para clínica másutilizados desde su comercialización. Es un biosensor de pequeño tamaño, portá-til y que permite la medida simultánea, de forma casi instantánea, de hasta 6 com-puestos en sangre (urea, glucosa, hematocrito, Na+, K+, Cl–...). Los biosensores sehan empleado en estudios de apoptosis, bacteriología, virología, mapeo de epíto-

184

BIOSENSORES TÉCNICAS CONVENCIONALES

Análisis directo, mínima preparación Necesitan pretratamiento de la muestrade la muestra

Fáciles de usar Requieren manejo por personal especializado

Portátiles Métodos de laboratorio

Cantidad de muestra muy pequeña Cantidad de muestra grande

Baratos Técnicas caras

Rápidos: determinación en tiempo real Largos tiempos de análisis

En la mayoría de los casos sólo Determinación de varias sustanciasse determina una sustancia

Disponibilidad comercial limitada Aparatos comerciales

Sensibles, precisos y fiables Sensibles, precisos y fiables

Tabla 19. Ventajas

comparativas deluso de biosensores

1. DIAGNÓSTICO CLÍNICO

n Medida de compuestos de interés clínico en sangre y orina (glucosa, urea, colesterol, in-sulina, ácido úrico, cetonas, aminoácidos, hormonas, lípidos, lactato, creatinina...).

n Detección de enfermedades infecciosas (SIDA, hepatitis...).n Detección de tumores en fases temprana y metástasis.n Análisis de ADN.n Diagnóstico en cuidados intensivos.n Detección de niveles hormonales para control del sistema endocrino.n Interacciones de proteínas con biomateriales.n Autoanálisis por los pacientes y medida en ambulatorios.n Detección de agentes patógenos en alimentos (Salmonella, E. Coli...).

2. INDUSTRIA FARMACÉUTICA

n Análisis de nuevas medicinas en tiempo real.

Tabla 20.Aplicaciones

más importantes de los biosensores

pos, ingeniería molecular, biología celular, adhesión celular, estudio de marcadorestumorales, regulación inmune, genómica, proteómica, entre otros.

Una de las aplicaciones más prometedoras de los biosensores es el estudio delos mecanismos de acción de fármacos. Al proporcionar datos sobre las carac-terísticas de unión de un determinado fármaco, permiten predecir cómo funcio-nará in vivo, ayudando, incluso, al diseño de nuevos fármacos más efectivos.Tradicionalmente, se han empleado para ello técnicas como ELISA, pero estastécnicas no permiten conocer datos como la afinidad, velocidad de unión o es-pecificidad, que son de vital importancia para conocer el mecanismo de acciónde un nuevo fármaco. Todos estos datos se pueden conocer usando biosenso-res; con ellos se puede elaborar un perfil farmacocinético de cada posible fár-maco, esto es, sus niveles de adsorción, distribución, metabolismo, excreción ytoxicidad.

4.7.1. CLASIFICACIÓN DE LOS BIOSENSORESSEGÚN EL RECEPTOR BIOLÓGICO

Los biosensores pueden emplear como receptor cualquier material biológico. Lainmovilización del receptor es un aspecto clave en el desarrollo de un buen bio-sensor, ya que se debe mantener la conformación nativa del receptor, así como suactividad. Los métodos generales de inmovilización del componente biológico sonmuy variados e incluyen la adsorción física, el enlace químico en la superficie, elatrapamiento físico en hidrogeles, la inclusión en polímeros y la microencapsula-ción. El proceso de inmovilización empleado tiene que conseguir que la capa re-ceptora tenga estabilidad física y química, esté alineada y ordenada, tenga unadensidad superficial óptima y sólo reaccione con la sustancia a medir.

Las enzimas son los elementos de biotransducción más extensamente utilizadosen la construcción de biosensores. Cada enzima cataliza una única reacción y deahí la selectividad que le confiere al dispositivo. El sustrato que se va a determinarreacciona con su enzima correspondiente, dando lugar a un producto; el trans-ductor puede medir bien el producto formado o bien el sustrato consumido. Lasenzimas se pueden emplear como parte integrante de un biosensor siempre ycuando tengan una alta actividad, sean estables y fáciles de aislar e inmovilizar.Desgraciadamente muy pocas enzimas cumplen todos estos requisitos, por lo quese ha intentado utilizar otro tipo de componentes biológicos, como son seccionesde tejidos o microorganismos.

Al emplear células enteras, que contienen las enzimas y los cofactores necesariosen su medio ambiente natural, el tiempo de vida del biocomponente aumenta con-siderablemente, confiriendo así estabilidad al biosensor. Aunque se han desarrolla-do biosensores microbiales para determinar glucosa, ácido acético, etanol, meta-nol, amoníaco..., hay algunos problemas para su desarrollo comercial, fundamen-talmente la falta de selectividad del dispositivo, dado el comportamiento multirre-

185

ceptor de las células intactas, los tiempos de respuesta elevados y la necesidad detrabajar en condiciones estériles. El biosensor microbial más exitoso hasta el mo-mento es el biosensor de BOD (Demanda Bioquímica de Oxígeno), utilizado parala medida de compuestos orgánicos en aguas residuales, capaz de realizar la me-dida en tan sólo entre uno y quince minutos, frente a los cinco días que requierenlos métodos tradicionales.

Hay biosensores que no se basan en una reacción enzimática, sino en la afinidadde un compuesto. Utilizan como elemento de reconocimiento biológico una ca-pa de anticuerpos para monitorizar reacciones inmunológicas (inmunosensor), obien una capa de ADN (genosensor o biosensor de ADN). En ambos casos la re-acción de reconocimiento molecular se basa en el ajuste conformacional perfec-to de dos moléculas complementarias (antígeno-anticuerpo, ADN-ADN) con unalto nivel de selectividad. Para detectar estas interacciones mediante técnicasconvencionales se hace necesario utilizar un marcador fluorescente o radiactivo.En el caso de medidas ópticas los marcadores deben ser moléculas fluorescen-tes o luminiscentes. Este es el principio utilizado en los inmunoensayos (ELISA,RIA, EIA). Estos sistemas presentan importantes desventajas como son la nece-sidad de anticuerpos y antígenos purificados, la validez de la calibración linealpara un corto intervalo de concentraciones, la eliminación de los residuos si seemplean marcadores radioactivos, o el tiempo de realización. Utilizando biosen-sores la interacción se puede medir directamente sin necesidad de dichos mar-cadores, ya que el transductor está diseñado para detectar determinados cam-bios que se producen durante la interacción (como por ejemplo cambios de ma-sa, índice de refracción, etc.).

Los immunosensores permiten la detección de numerosas sustancias de interés,tales como proteínas, esteroides o azúcares complejos, e incluso organismos com-pletos como bacterias y virus. Tienen una gran aplicación en toxicología (control dedrogas terapéuticas) y en control medioambiental (medida de pesticidas). Además,los avances en biotecnología permiten disponer actualmente de anticuerpos mo-noclonales y policlonales adecuados para cualquier sustancia a analizar, siempreque su peso molecular sea superior a 200 Dalton,73 lo que ha contribuido al es-pectacular desarrollo de los inmunosensores.

En los últimos años se han desarrollado biosensores que utilizan como elementoreceptor secuencias de oligonucleótidos sintéticas o fragmentos de ADN para re-conocer a sus secuencias complementarias. Cuando tiene lugar el proceso de hi-bridación, el transductor es capaz de detectar dicha interacción y producir una se-ñal cuantificable sin necesidad de utilizar marcadores. El desarrollo de los biosen-sores de ADN ha abierto una vía alternativa al uso de los biochips de ADN; uno delos puntos clave de su éxito en el futuro dependerá de la posibilidad de incorporarcapacidades de multiscreening dentro del mismo biosensor. Los biosensores deADN se están empleando para la detección de enfermedades infecciosas, así co-mo para la detección de cáncer y enfermedades genéticas.

18673 Unidad de peso molecular.

4.7.2. CLASIFICACIÓN DE LOS BIOSENSORESSEGÚN EL TRANSDUCTORTeniendo en cuenta el transductor empleado, los biosensores se pueden clasificaren electroquímicos, ópticos, mecano-acústicos y calorimétricos o térmicos. De to-dos ellos, los transductores basados en principios electroquímicos han dominadoclaramente el mercado, aunque en los últimos años son los ópticos los que se es-tán imponiendo como tecnología con un mayor nivel de sensibilidad.

Los transductores electroquímicos miden el cambio electroquímico que se produ-ce como consecuencia de la reacción de reconocimiento molecular, cambio quees proporcional a la concentración de la sustancia a determinar. Los transductoreselectroquímicos son simples de fabricar y usar, fiables, de respuesta rápida, preci-san de instrumentación de bajo coste y no necesitan pretratamiento de la muestra.Entre estos biosensores se incluyen los biosensores amperométricos, los biosen-sores potenciométricos y los biosensores conductimétricos.

El biosensor de glucosa es el principal ejemplo de la primera generación de biosen-sores amperométricos; en él la enzima glucosa oxidasa (GOD), inmovilizada en elelectrodo, cataliza la oxidación de la glucosa dando lugar a H2O2 y ácido glucónico.La concentración de glucosa se determina por el O2 consumido o por el H2O2 for-mado. Para evitar el problema de la fluctuación de la presión de oxígeno y el alto po-tencial anódico requerido para oxidar el peróxido de hidrógeno, se ha propuesto sus-tituir el oxígeno por aceptores de electrones que median la transferencia electrónicaentre la enzima y el electrodo. Estos biosensores de segunda generación tienen laventaja de que la medida se puede llevar a cabo bajo condiciones hipóxicas o anó-xicas.74 Posteriormente se han desarrollado los electrodos de tercera generación enlos que, entrelazando los donadores de electrones con membranas poliméricas con-ductoras, se produce una transferencia directa de electrones entre la enzima y elelectrodo. Los electrodos amperométricos han sido los más desarrollados y actual-mente rerpresentan el 75% de los biosensores comercializados. La razón principalse debe a que son unos sensores baratos, fáciles de fabricar y de usar y ademáspueden operar en un amplio intervalo de concentraciones (10–6 - 10–9 M).

Los transductores potenciométricos miden la diferencia de potencial generada en-tre el electrodo de trabajo y un electrodo de referencia, que suele ser de hidróge-no, calomelanos o plata/cloruro de plata, manteniendo constante la corriente crea-da por la reacción electroquímica. Los electrodos potenciométricos van asociados,generalmente, con enzimas como las desaminasas (detección de amoníaco/amo-nio), hidrolasas o descarboxilasas (detección de CO2), cuya reacción con el sustra-to implica el consiguiente cambio de pH. Los biosensores potenciométricos pue-den ser miniaturizados mediante el uso de la tecnología microelectrónica; este tipode sensor se denomina transistor de efecto de campo ionosensible (ISFET). Hoy endía los ISFET (y sus bioderivados) están comercializados en todo el mundo e in-cluso ya se han utilizado in vivo durante operaciones quirúrgicas.

18774 Condiciones de muy bajo o ningún nivel de oxígeno.

Los transductores ópticos se basan en la interacción de la sustancia que se va aanalizar con la radiación electromagnética, mediante la excitación con una fuenteluminosa y detección del cambio en las propiedades ópticas inducidas por la re-acción de reconocimiento molecular. Los transductores ópticos presentan induda-bles ventajas con respecto a los electroquímicos como, por ejemplo, el no necesi-tar electrodos de referencia, la imposibilidad de interferencia eléctrica, la posibilidadde efectuar medidas a diferentes longitudes de onda o de operar en ambientesagresivos donde los transductores electroquímicos no son operativos. Además, susensibilidad suele ser mucho mayor y poseen una gran estabilidad mecánica, ta-maño y pesos muy reducidos, por lo que en los últimos años se están imponiendocomo la tecnología biosensora con mayor proyección.

El biosensor óptico más conocido es el biosensor de resonancia de plasmón su-perficial (SPR), basado en la variación de reflectividad de una capa metálica en con-tacto con un medio biológico. El biosensor SPR ha sido ampliamente desarrolladoy varias compañías lo comercializan en diferentes versiones. Este sensor permitedetectar de forma directa (sin necesidad de marcadores) concentraciones en elrango nano y picomolar, así como la evaluación de las constantes cinéticas de di-cha interacción (constantes de asociación, disociación y afinidad). Otro biosensorde este tipo es el sensor interferométrico Mach-Zehnder, dispositivo que hasta elmomento presenta el límite más bajo conocido de detección en directo (10–12 M).

El transductor piezoeléctrico se basa en el cambio de la frecuencia básica de os-cilación de un cristal cuando tiene lugar una reacción de reconocimiento molecu-lar, debido al incremento de masa en la superficie. Los sensores SAW (SurfaceAcoustic Wave) son los más conocidos y comercializados de este tipo de trans-ductor. Han tenido menos éxito que los biosensores ópticos debido a problemasde selectividad y sensibilidad.

4.7.3. MINIATURIZACIÓN DE BIOSENSORES

El término lab-on-a-chip (laboratorio en un chip) describe el desarrollo de platafor-mas integradas y miniaturizadas donde tienen lugar complejas reacciones químicasy bioquímicas. Estas plataformas tienen tamaños diversos según el número decomponentes que las integran, pero generalmente están en la escala de los cien-tos de micras; sin embargo, para proporcionar un conexionado con el mundo ex-terior a veces alcanzan tamaños de unos pocos milímetros. Las microtecnologíasy nanotecnologías han proporcionado las herramientas necesarias para llevar a cabo este avance en el diagnóstico molecular, al permitir la fabricación e integra-ción de micro/nanobiosensores, microcanales, microactuadores, etc., en un mis-mo chip microelectrónico. Las claras ventajas en cuanto a rapidez del análisis, pe-queño tamaño, bajo consumo, paralelismo y reducción de costes gracias a la pro-ducción en masa, son las principales causas de su desarrollo. De momento todavíano existe ningún microsistema biosensor que haya llegado al mercado, pero nu-merosos laboratorios a nivel internacional trabajan en esta dirección.

188

Los nanobiosensores, término que designa a aquellos biosensores cuyas propiedadesvienen moduladas por la escala nanotecnológica con la que están fabricados, consti-tuyen uno de los aspectos clave dentro del área (ver apartado 4.8). Es de esperar quelos nanobiosensores tengan una sensibilidad mucho más alta que la de los dispositi-vos convencionales; además, podrán ser fácilmente introducidos en el interior del cuer-po humano, proporcionando datos mucho más fiables del estado de salud de un pa-ciente. Dentro del desarrollo incipiente de nanobiosensores destacan los basados ennanopartículas de oro o magnéticas, que se están empleando para la detección pre-coz de cáncer y Alzheimer, los nanobiosensores tipo FET (transistor de efecto de cam-po, similar a los circuitos integrados), basados en nanotubos de carbono, y los bio-sensores nanomecánicos, que han surgido como reemplazo de los biochips de ADN.

Los biosensores nanomecánicos emplean como sistema de transducción la varia-ción nanométrica en la deflexión de una micropalanca, o el desplazamiento de sufrecuencia de resonancia al interaccionar con el sistema biológico; el cambio en laposición y movimiento de la micropalanca inducido por el reconocimiento molecu-lar ocurre a escala de unos pocos nanómetros. La figura 14 muestra el esquemabásico de funcionamiento de estos biosensores.

Las micropalancas tienen un área sensora muy pequeña (del orden de 1.000 µm2), locual permite el análisis de cantidades muy pequeñas de sustancia (inferiores al femto-mol). Se fabrican con tecnología microelectrónica bien establecida, que permite la pro-ducción en masa a bajo coste y la fabricación de matrices de decenas, incluso miles,de micropalancas para la detección simultánea de múltiples sustancias a analizar.

4.7.4. ANÁLISIS DE MERCADO Y TENDENCIASFUTURAS

El mercado de biosensores comprende cuatro grandes segmentos: diagnóstico clíni-co, medioambiente, alimentación y aplicaciones militares. El sector del diagnóstico clí-nico es el más preponderante en el mercado, pues actualmente el 90% de las ventasen biosensores corresponden exclusivamente al biosensor de glucosa para aplicacio-nes médicas. El mercado de biosensores para la determinación de virus, bacterias eidentificación genética, podría exceder los dos mil quinientos millones de euros en el

189

Figura 14.Esquema básico de funcionamiento de un biosensornanomecánico

1. Inmovilización del receptor biológico.

1. Inmovilización del receptor biológico

2. Reconocimientobiomolecular

3. Deflexión nanométrico de la micropalanca

año 2007 en el mundo. Se espera que los biosensores para aplicaciones biomédicasalcancen un valor mundial de doscientos cincuenta millones de euros en 2006.

Los biosensores tienen el potencial de proporcionar una tecnología de medida y dedetección de bajo coste, que permite una cuantificación altamente específica deconcentraciones muy bajas de una sustancia a analizar en muestras de multicom-ponentes. La velocidad relativamente lenta en el progreso de la tecnología de bio-sensores, desde el diseño hasta el dispositivo comercial, es tan sólo un reflejo, poruna parte, de la dificultad de la introducción de nuevas y complejas tecnologías enun mercado altamente competitivo y, por otra, de la dificultad de la tecnología bio-sensora en sí, que integra un componente biológico vivo con un sensor inerte. Lasmayores aplicaciones de los biosensores se hallan en el campo clínico y en el con-trol de procesos industriales. Sin embargo, en biomedicina la instrumentación ana-lítica actual está muy consolidada, es relativamente fácil de usar y, aunque sofisti-cada, permite una frecuencia alta de análisis, por lo que la introducción de los bio-sensores se ha visto seriamente limitada.

La irrupción de tecnologías de fabricación novedosas (micro y nanotecnologías) enlos últimos años, así como los avances en las técnicas de producción y purifica-ción de anticuerpos monoclonales y de inmovilización de proteínas sobre superfi-cies sólidas sin alteración de su funcionalidad, han hecho posible el desarrollo debiosensores cada vez más sofisticados, miniaturizados y con mejores prestacio-nes, los cuales en un futuro cercano podrán utilizarse como sistemas de análisis in-dividualizado y personalizado en cualquier entorno, incluso en el hogar. Ante el fu-turo, sería deseable contar con biosensores que fueran robustos, consistentes, ba-ratos, rápidos y directos, portátiles, regenerables (o suficientemente baratos paraser de un único uso), de fácil manejo y con la posibilidad de analizar simultánea-mente varias sustancias con niveles de detección en la escala pico/femtomolar. Eltrabajo futuro se encaminará al desarrollo de nuevas estrategias de inmovilizacióny de protección, para permitir biosensores completamente reversibles y regenera-bles, que puedan operar in situ en muestras complejas (como es la sangre o untanque de fermentación) y que sean biocompatibles para ser utilizados in vivo. Laintegración en sistemas lab-on-a-chip será otras de las áreas fundamentales detrabajo, que permitirán la descentralización de las medidas.

n Un biosensor se compone de un receptor biológico, que detecta específicamen-te una sustancia, y un transductor o sensor, que traduce la reacción de recono-cimiento biológico en una señal cuantificable. Los transductores miden cambioselectroquímicos, ópticos, mecano-acústicos o calorimétricos.

n Los biosensores tienen una alta sensibilidad y selectividad, y permiten realizar elanálisis en tiempo real y a bajo coste. Tienen un importante campo de aplicación enel diagnóstico clínico y en el estudio de los mecanismos de acción de fármacos.

n Muchos biosensores utilizan como receptores enzimas, midiendo el transductorla cantidad de producto formado o de sustrato consumido. También se empleanelementos de reconocimiento basados en la unión entre antígeno y anticuerpo oentre moléculas de ADN, detectando el transductor cambios de masa, de índicede refracción, etc.

190

4.8. Nanobiotecnología: lasbiomoléculas a escala nanométrica

La nanobiotecnología estudia la organización de las estructuras moleculares queregulan y controlan los sistemas biológicos y la interacción de materiales con di-chos sistemas a escala nanométrica. Para hacerse una idea de las dimensiones,un cabello humano tiene un grosor aproximado de doscientos mil nanómetros (unnanómetro —nm— es una millonésima de milímetro), las células humanas alrede-dor de diez mil nanómetros, una bacteria estaría alrededor de los mil quinientos na-nómetros, el virus de la gripe tiene un diámetro aproximado de cuarenta nanóme-tros, una proteína apenas alcanza los diez nanómetros y el grosor de las cadenashelicoidales que forman la estructura básica del ADN tiene sólo un nanómetro nm(figura 15). La nanotecnología, por tanto, se basa en la utilización de las propieda-des físicas, químicas y biológicas que se originan a una escala fronteriza entre eltamaño de los átomos y las moléculas.

Ahora bien, la nanotecnología no se conforma sólo con conocer y comprender me-jor los fenómenos naturales, sino que pretende utilizar conceptos de ingeniería pa-ra desarrollar sistemas activos en ese mismo rango de tamaño. Así, se plantean enla actualidad dos grandes alternativas de evolución de la nanotecnología: disminuirlos sistemas conocidos hasta conseguir interaccionar a nivel molecular, o utilizarelementos más pequeños, los átomos y las moléculas básicas, para ensamblar unsistema capaz de desarrollar su actividad a escala nanométrica.

191

Figura 15.Visualización de tamaños relativosdesde los átomos y moléculas hasta las células

Átomos Moléculas Nanoscópico

Virus

Bacteria

Célula

A partir del conocimiento de las interacciones entre materiales y sistemas biológi-cos a escala nanométrica, con la nanobiotecnología se pretende mejorar la efecti-vidad de los fármacos y de los sistemas de diagnóstico precoz de enfermedades,emular la capacidad de almacenaje de información que puede haber en el ADN ola capacidad de discriminar o detectar sustancias que poseen los receptores de lamembrana celular, así como desarrollar sistemas de producción de energía simila-res a los que existen en la naturaleza. La nanobiotecnología incluye la producciónde materiales y dispositivos mediante técnicas de nanofabricación y procesos deautoensamblado (en aplicaciones tales como estructuras de soporte para ingenie-ría de tejidos, motores moleculares, biomoléculas para sensores, sistemas de suministro y transporte de fármacos), o la observación a nivel subcelular con reso-luciones mayores que las imágenes de resonancia magnética nuclear. Como ejem-plo de los avances científicos que se están produciendo, cabe destacar la encap-sulación de fármacos en una gran variedad de nanopartículas (esferas con radio dealgunos nanómetros), lo que permite aumentar su efectividad, ya que las nano-cápsulas aumentan la superficie de contacto y permiten atravesar las paredes bac-terianas y las membranas celulares. Nanopartículas para el tratamiento de cáncerde mama, o nanopartículas de fosfato cálcico para el tratamiento del glaucoma,son ejemplos que actualmente están en fase de estudios clínicos en EEUU.

El desarrollo de nuevos nanopolímeros biocompatibles se ha convertido en un im-portante objetivo de las compañías dedicadas a la biotecnología. Las posibles apli-caciones de estos nanopolímeros han demostrado ser múltiples: 1) transporte defármacos, con el fin de aumentar su biodisponibilidad y su fracción activa; 2) libe-ración controlada de fármacos, con el fin de prolongar su efecto distribuyéndolomejor en el tiempo; 3) interferencia con la multiplicación de virus y bacterias, plan-teándose su posible aplicación en dispositivos barrera para la prevención de en-fermedades de transmisión sexual; 4) como soportes para péptidos antigénicos enel diseño de vacunas; y 5) como sistema de transporte de material genético al in-terior de las células, pensando en futuras aplicaciones en terapia génica.

4.8.1. LAS HERRAMIENTAS DE LA NANOBIOTECNOLOGÍA

La base de muchas de las aplicaciones de la nanobiotecnología son los mecanis-mos bioquímicos y biofísicos a nivel molecular; su conocimiento detallado permitededucir las reglas de funcionamiento de las máquinas moleculares existentes en lanaturaleza, para poder diseñar, a partir de ellas, nuevas aplicaciones.

Microscopía de fuerzas atómicas

La microscopía de fuerzas atómicas (Atomic Force Microscopy, AFM) permite ob-tener una imagen topográfica tridimensional de una muestra utilizando una punta

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nanométrica montada sobre una fina palanca como sensor para sentir los contor-nos de la superficie. La aplicación de la microscopía de fuerzas atómicas a mues-tras biológicas permite la obtención de imágenes, desde células a biomoléculas, ensu entorno natural de actividad. El poder realizarse la caracterización en medio lí-quido es una ventaja clara de esta técnica sobre las microscopías electrónicas (detransmisión o barrido), en las que se requiere una preparación laboriosa de lamuestra, que ya está biológicamente inactiva en el momento de la observación.

Además de su aplicación en medidas topográficas, la microscopía de fuerzas ató-micas se puede utilizar para obtener información de otros parámetros físicos (pro-piedades elásticas de las células), bioquímicos (fuerzas de interacción antígeno-an-ticuerpo) e incluso puede utilizarse como instrumento para la manipulación indivi-dual de biomoléculas. Esta versatilidad ha hecho de la microscopía de fuerzasatómicas una técnica fundamental para la nanobiotecnología, que se utiliza ya demanera habitual en la caracterización de macromoléculas con resolución espacialmenor de un nanómetro. El siguiente paso en el uso de la AFM es su utilización pa-ra investigar las relaciones entre la estructura y la función de entidades biológicasa escala molecular, de manera que puedan entenderse los principios que las go-biernan.

Microsistemas y nanosistemas electromecánicos

Algunos de los sistemas de instrumentación utilizados por la nanotecnología son laconsecuencia de la miniaturización de los sistemas micro-electromecánicos(MEMS, MicroElectroMechanical Systems) surgidos en la industria de los semicon-ductores. Ésta es una tecnología que permite fabricar sensores, que ya han em-pezado a revolucionar el campo del diagnóstico en medicina, así como desarrollarciertas aplicaciones terapéuticas, al permitir la fabricación de sistemas miniaturiza-dos, de bajo coste, altas prestaciones y fácil integración.

Cuando se utilizan MEMS controlables externamente para medir y manipular ma-terial biológico, tanto a nivel celular como subcelular, se habla de dispositivos Bio-MEMS. Algunos de estos sistemas, basados en palancas, ya han demostrado quepueden detectar la hibridación de una cadena de ADN o detectar y cuantificar lapresencia de antígenos (ver apartado 4.7.3). En este campo es especialmente im-portante la compatibilidad del material biológico con los materiales y las superficiesque componen los BioMEMS. Éste es un proceso delicado que requiere la elabo-ración de las interfases correctas (moléculas ligandos) y que centra gran parte delos esfuerzos investigadores en la actualidad.

Nanomatrices

Las nanomatrices surgen como una evolución de la miniaturización de las micro-matrices y permiten obtener una mayor densidad de información, mejorando así la

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sensibilidad de los ensayos. Las nanomatrices de proteínas permiten el análisis si-multáneo de un gran número de marcadores de diagnóstico clínico en muestrascomplejas.

Sistemas microfluídicos y nanofluídicos

La microfluídica manipula pequeñas cantidades de fluidos (desde microlitros hastapicolitros) que fluyen por canales del tamaño de un cabello humano, o incluso másestrechos. La microfluídica es el principio en el que se sustentan los dispositivoslab-on-a-chip (laboratorios en un chip), que llevan a cabo análisis complejos en unsolo chip, reduciendo de esta manera el consumo de muestra y los residuos ge-nerados y mejorando la precisión y eficiencia del dispositivo. Las aplicaciones de lamicrofluídica son evidentes en campos como el análisis de ADN, el análisis de pro-teínas, las micromatrices de expresión genética y los chips de análisis bioquímicos.En este entorno, la nanotecnología proporciona nuevas aproximaciones para cons-truir los elementos necesarios en las micromatrices, tales como válvulas, sistemasde bombeo y sistemas de separación y detección molecular.

Nanopartículas

Las nanopartículas son pequeñas porciones de material (típicamente de uno a dieznanómetros de diámetro) que pueden fabricarse a partir de diferentes tipos de ma-teriales (oro, polímeros, materiales magnéticos, etc.). Las propiedades de la mate-ria contenida en las nanopartículas cambian radicalmente con respecto a las pro-piedades de la materia a escala macroscópica, a nivel óptico, electrónico, magné-tico y mecánico. Algunos de los ejemplos más representativos son:

n Puntos cuánticos (quantum dots): son cristales nanométricos de materiales se-miconductores que emiten luz fluorescente, cuyo color varía con el tamaño.Pueden unirse a un anticuerpo o a otra molécula capaz de unirse a una sus-tancia de interés, lo que los hace muy interesantes como marcadores en diag-nóstico molecular, citometría de flujo y microscopía de fluorescencia.

n Liponanopartículas: se trata de esferas nanométricas recubiertas por una bica-pa lipídica75 que contiene proteínas de membrana (integrinas). Esta familia deproteínas de la membrana celular representa más del 50% de las actuales dia-nas farmacológicas, siendo particularmente difíciles de estudiar porque no pue-den ser separadas de la membrana lipídica de la célula sin que su estructura yfuncionalidad se vean afectadas.

n Nanopartículas metálicas: son nanopartículas esféricas dieléctricas recubiertasde una fina película metálica, típicamente oro; poseen propiedades ópticas y

19475 Estructura similar a la de la membrana celular.

químicas que las hacen útiles para la obtención de imágenes biomédicas y enaplicaciones terapéuticas.

Nanotubos

Los nanotubos son pequeños hilos de materia que pueden ofrecer ventajas conrespecto al uso de las nanopartículas en ciertas aplicaciones. Los nanotubos decarbono se utilizan como biosensores e incluso se investigan sus posibles aplica-ciones en la electrónica molecular combinándolos con cadenas de ADN.

Dendrímeros

Los dendrímeros son una nueva clase de estructuras tridimensionales sintetizadasmediante técnicas químicas especializadas que permiten un control preciso desus propiedades físicas y químicas. Se construyen añadiendo de forma concén-trica moléculas específicas a una molécula central que actúa como núcleo, y tie-nen un diámetro cien mil veces inferior al grosor de un cabello humano. Las pro-piedades de los dendrímeros pueden ser diseñadas de manera específica, paraque puedan atravesar las membranas celulares o unirse específicamente a unabiomolécula concreta. Poseen aplicaciones en el campo de los sensores, comotransportadores de fármacos y también en los procesos de descubrimiento denuevos fármacos.

4.8.2. APLICACIONES DE LA NANOBIOTECNOLOGÍAEN LAS CIENCIAS DE LA SALUD

Nanobiotecnología aplicada al diagnósticomolecular

Puesto que los receptores celulares, los canales de las membranas celulares y lamayoría de los componentes de las células son de tamaño nanométrico, las ven-tajas de utilizar las nanotecnologías para detectar y analizar detalladamente estoscomponentes son evidentes. De esta manera, las nanobiotecnologías resultan ex-tremadamente útiles en el diagnóstico y seguimiento de enfermedades humanasmediante las denominadas nanomatrices. Igualmente, las nanopartículas se pue-den utilizar como marcadores en ensayos clínicos o como agentes de contraste enpruebas para el diagnóstico de enfermedades. También puede utilizarse la nano-tecnología para fabricar nanobiosensores: chips fácilmente manejables y con unbajo coste de fabricación, que pueden realizar diagnósticos precisos, evitando eluso de marcadores fluorescentes y de complicados sistemas ópticos de detec-ción, a la vez que permiten utilizar cantidades ínfimas de muestra. Algunos de es-

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tos chips ya funcionan en el mercado como es el caso de los detectores de glu-cosa para personas diabéticas (ver apartado 4.7.2).

La nanobiotecnología ofrece también nuevas herramientas para la detección delcáncer, así como para su prevención y tratamiento. Por ejemplo, el uso de nano-sensores y de marcadores altamente específicos combinados con nanoestructu-ras, tales como los nanoporos, permitirá el diagnóstico preciso utilizando peque-ños volúmenes de material procedente de biopsias. La miniaturización de las mi-cromatrices existentes en la actualidad hacia escalas nanométricas, los nuevossensores basados en detección mecánica, así como la utilización de nanopartícu-las y la tendencia a evitar los tradicionales marcadores fluorescentes en los nuevosdispositivos, marcarán el futuro de las aplicaciones de la nanobiotecnología en es-te campo.

Nanobiotecnología aplicada al descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos

La era postgenómica está revolucionando el proceso de descubrimiento y desa-rrollo de nuevos fármacos al proporcionar nuevas oportunidades para la identifica-ción de dianas terapéuticas. Sin embargo, son necesarios métodos más eficientesy baratos, capaces de detectar y seguir en tiempo real interacciones biomolecula-res específicas sin requerir el uso de marcadores fluorescentes. En esta vertiente,y en la miniaturización de los procesos, es donde la nanobiotecnología puede apor-tar nuevas tecnologías que aceleren y faciliten el descubrimiento y desarrollo denuevos fármacos.

Entre las investigaciones que se están llevando a cabo en la actualidad en estecampo, destacan el uso de puntos cuánticos y de nanopartículas fluorescentes pa-ra ser utilizadas como novedosos marcadores en el estudio de proteínas de mem-brana de células vivas, o en el estudio de receptores celulares. La fabricación decircuitos microfluídicos permitirá leer directamente las señales a partir de las mi-cromatrices de ADN y de proteínas sin necesidad de utilizar instrumentación masi-va, de manera análoga a como se hace hoy en día en los circuitos microelectróni-cos. De esta manera, la nanotecnología se aplicará en todos los estadios del de-sarrollo del fármaco, desde su formulación hasta su validación y aplicaciónterapéutica.

Nanobiotecnología aplicada a la administración de fármacos

La administración de los fármacos es hoy en día una de las consideraciones másimportantes que hay que tener en cuenta en el desarrollo de un nuevo tratamien-to. Las nuevas tecnologías, en particular la nanobiotecnología, proporcionarán fór-

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mulas innovadoras en este campo al permitir la creación de dispositivos suficien-temente pequeños como para atravesar los conductos vasculares (con poros deunos cincuenta nanómetros de diámetro) y las membranas celulares, de maneraque puedan realizar tareas múltiples y específicas con una mínima invasión.

Las nanotecnologías ya han mostrado su potencialidad en problemas esencialestales como la solubilidad de los fármacos, que resulta un factor clave para su efec-tividad independientemente de su ruta de administración. También proporcionansoluciones alternativas a la inyección directa de los fármacos (vías tópicas de ad-ministración) e incrementan la efectividad del medicamento mediante el controlpreciso de la dosis requerida y del tamaño, la morfología y las propiedades super-ficiales del compuesto. Asimismo, resultan interesantes los sistemas de liberacióncontinuada de fármacos en pequeñas dosis desde el interior del cuerpo del pa-ciente, que pueden mejorar la tolerancia al tratamiento (fármacos en nanovesículaso en liposomas). La administración de fármacos también puede realizarse median-te dispositivos que se implantan en el interior del cuerpo humano y liberan fárma-cos de manera programada y controlada.

La nanobiotecnología es también un factor clave en la terapia génica. En la actua-lidad, ya es posible preparar nanopartículas capaces de liberar cadenas de ADN alinterior de las células y de modificar de esta manera su expresión genética, aun-que se han de mejorar los sistemas que modulan esta modificación.

n La nanobiotecnología estudia los sistemas biológicos y sus interacciones conmateriales a escala nanométrica (el tamaño de las moléculas). Algunas aplica-ciones son la encapsulación y transporte de fármacos, la fabricación de estruc-turas de soporte para ingeniería de tejidos o la utilización de biomoléculas parabiosensores, además de facilitar los procesos de desarrollo de fármacos.

n Algunas de las herramientas de la nanobiotecnología se basan en la miniaturiza-ción de sistemas electromecánicos y microfluídicos y en la utilización de nano-matrices, nanopartículas y nanotubos.

n El futuro de la nanobiotecnología está en el desarrollo de nuevas tecnologías deanálisis por imagen y de diagnóstico molecular, nuevos métodos de descubrimien-to y desarrollo de fármacos, y nuevos sistemas de administración de fármacos.

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Anexo 1: El sector de la biotecnología en el sistema de innovaciónn

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Siendo la innovación un fenómeno fundamentalmente empresarial, muchos auto-res han propuesto que la definición de las estrategias tecnológicas de las empre-sas, incluidas aquellas de cobertura mundial, está enormemente condicionada porsus países de origen. Este condicionamiento deriva de las peculiaridades de unaserie de instituciones de esos países, implicadas en la generación, la transmisióny la promoción del conocimiento, incluidas las propias empresas. Del funciona-miento de este entramado deriva la propensión de un país, región o municipio, afacilitar o dificultar la innovación de sus empresas; autores como Nelson, Lundvallo Freeman (Nelson, 1993)76 propusieron una herramienta especialmente eficaz pa-ra analizarlo, denominada sistema nacional de innovación.

El sistema nacional de innovación se define como el conjunto de elementos queen el ámbito de una nación actúan e interactúan tanto a favor como en contra decualquier proceso de creación, difusión o conocimiento económicamente útil. Unavez admitido esto, es necesario analizar el sistema de innovación y sus compo-nentes, y con mayor razón si se quieren analizar las peculiaridades del sector dela biotecnología en dicho sistema en España.

En 1998 Cotec realizó el primer análisis en profundidad del sistema español de in-novación en el que propuso un modelo general (figura 16). Seis años más tarde, ydada la considerable evolución del sistema, se vio la necesidad de actualizar eseanálisis, cuyo resultado se recogió en la publicación titulada «El Sistema Españolde Innovación. Situación en 2004», que también utilizó el mismo modelo.

Los agentes o subsistemas que, además de la empresa, componen este modelo desistema de innovación son las administraciones públicas, en sus diferentes niveles, elsistema público de I+D, las organizaciones de soporte a la innovación, y el entorno.

76 Nelson, R (ed.) National innovation systems. Oxford University Press. Oxford, 1993.

Figura 16.Los agentes del sistema españolde innovación

Fuente: Cotec (1998).

La empresa es el elemento fundamental en el proceso de innovación, por ser elagente imprescindible especializado en ofrecer productos y servicios al mercado yser, también, la responsable de su éxito o fracaso.

Las administraciones públicas ejercen la función de fomento de la innovación y or-denación del sistema público de I+D, y tienen un papel de regulador de aspectosrelacionados directa o indirectamente con la innovación.

La expresión sistema público de I+D se refiere al conjunto de todas las institucio-nes y organismos de titularidad pública dedicados a la generación de conocimien-to mediante la investigación y el desarrollo tecnológico (universidades y organismospúblicos de investigación, OPI). Estas instituciones juegan un papel importante encualquier sistema de innovación, tanto por ser generadoras de conocimiento co-mo por su labor casi exclusiva en la formación de investigadores.

Las organizaciones de soporte a la innovación engloban un conjunto de entidadesde muy diversa titularidad y tipología concebidas para facilitar la actividad innova-dora de las empresas, proporcionándoles medios materiales y humanos para suI+D, expertos en tecnología, soluciones a problemas técnicos y de gestión, así co-mo información y una gran variedad de servicios de naturaleza tecnológica. Las or-ganizaciones de soporte a la innovación se configuran así como entidades de ser-vicios avanzados orientadas a complementar los recursos de las empresas en sufunción innovadora.

Finalmente, el entorno está constituido por un conjunto de componentes que noenfocan específicamente su actividad a la innovación, pero sin los cuales ésta se-ría imposible o mucho menos eficaz. Ejemplos de estos componentes son el sis-tema educativo, el sistema financiero, el mercado y la sociedad.

El crecimiento económico en cualquier sector basado en el conocimiento depen-de directamente de tres factores: 1) la inversión en el conocimiento (ciencia y tec-nología); 2) el cambio organizativo en las estructuras receptoras de este conoci-miento, que les permita una absorción eficiente; y 3) los mecanismos de transfe-rencia de tecnología. Estos tres factores influyen significativamente en los agentesdel sistema de innovación tecnológica condicionando así su eficacia en el procesode innovación. Con este anexo se intentan ofrecer aquellas particularidades pro-pias del sector biotecnológico en el sistema de innovación que no han sido trata-das previamente en el capítulo 2.

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Singularidades del sistema de innovación en el sector biotecnológico

LAS EMPRESAS

Las empresas de biotecnología son hoy altamente dependientes de la investiga-ción básica que se lleva a cabo en los laboratorios de investigación mayoritaria-mente públicos. La explosión de conocimiento generado por la investigación enciencias de la vida ha proporcionado una velocidad inusual a su transformación enaplicaciones prácticas y productos, a veces inmediatos. Los sectores industrialestradicionales se regeneran y en todo el mundo surgen nuevas empresas, con lacreación de nuevos puestos de trabajo cualificado.

Se puede considerar a la biotecnología como una tecnología clave, directamentesustentada en el conocimiento científico, con elevado potencial económico y apli-caciones crecientes en multitud de industrias y sectores (agricultura, manufactura,computación, etc.), y especialmente en los campos de la salud y la medicina incidedirectamente en varias áreas desde el diagnóstico hasta el pronóstico y la terapia.

Como se ha comentado en el capítulo 2, este es un sector en el que cualquier nue-vo desarrollo requiere de un periodo significativamente más largo que en otros sec-tores también de base tecnológica, como puede ser, por ejemplo, el de las tecno-logías de la información y la comunicación. Además, requiere de un volumen de in-versiones muy elevado y cuyo retorno se proyecta, por lo indicado anteriormente,a medio o largo plazo. Por ello, el retorno de la inversión tan a largo plazo en estesector puede condicionar dramáticamente la supervivencia de las empresas denueva creación, siendo esencial una dosis mayor de apoyo por parte de los distin-tos agentes del sistema de innovación, especialmente en el apartado financiero.

En el capítulo 2 se ofrece información mucho más detallada del funcionamiento yla organización de las empresas de este sector

LA ADMINISTRACIÓNEl éxito de toda economía basada en el conocimiento depende de la generación,difusión y aplicación de ese conocimiento y, por ello, del entorno regional, nacionale internacional donde se desarrolla. España se ha caracterizado tradicionalmentepor una fuerte base científica, con entornos bastante potentes de investigación enciencias de la vida, en gran parte por el interés y apoyo que ha recibido desde lasadministraciones publicas en los últimos veinte años.

Sin embargo, la fragmentación de iniciativas y la falta de coordinación entre ellas,junto con las carencias generales de nuestro sistema nacional de innovación, hancontribuido a dificultar el despegue que este sector debería haber experimentado.

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Es aquí donde las administraciones podrían contribuir significativamente a facilitarel proceso, además de fomentar la mejora del funcionamiento de los otros agen-tes del sistema. Así, el Plan «BioBask 2010: Estrategia de Desarrollo Empresarialen Biociencias», del Gobierno Vasco, es la primera estrategia política de apoyo a labiotecnología implementada en España hasta el momento, aunque su volumen estodavía pequeño, en parte, por un cierto déficit en ciencia básica en el País Vasco.Por su parte, el Gobierno Catalán ha aprobado el desarrollo de una Biorregión Ca-talana en octubre de 2004, para la creación de una estructura jurídica indepen-diente y cuyo desarrollo es todavía incipiente.

Las administraciones pueden favorecer el desarrollo del sector biotecnológico em-presarial, mediante la adecuación de la legislación y normativas vigentes y el estí-mulo en la sociedad, además de fomentar organizaciones y estructuras de sopor-te como pueden ser los parques científicos y tecnológicos, las plataformas biotec-nológicas, las incubadoras o las biorregiones, entre otros.

EL SISTEMA PÚBLICO DE I+D Y SU RELACIÓNCON EL TEJIDO PRODUCTIVOLa protección de los resultados de investigación mediante patentes, y su licenciaal entorno comercial para su posterior desarrollo y explotación, son instrumentosbásicos en el proceso de transferencia de conocimiento. En la actualidad, una par-te de la comercialización de las patentes universitarias y de las generadas por losOPI se dirige a la creación de empresas innovadoras de base tecnológica (spin-off),77 lo cual permite a la institución un menor riesgo, ya que la gestión es distintay su coste mucho menor, pero también su beneficio potencial es menor. A pesarde ello, el beneficio social a través de la creación de un nuevo tejido empresarial esimportante y, por ello, la institución alcanza la consecución de uno de sus objeti-vos. Se ha observado desde el año 2000 una mayor tendencia a considerar la cre-ación de empresas spin-off como prioritaria, en lugar de modernizar la gestión depatentes y licencias, siendo ambas de enorme importancia.

La decantación hacia la creación de spin-off frente a la licencia de patentes ha si-do un proceso común en la mayoría de países europeos, aunque no así en los Es-tados Unidos. La creación de spin-off tiene un efecto directo en la visualización dela comercialización y sus beneficios tangibles en la cultura universitaria. Sin embar-go, la tendencia parece haber llegado en algunos países a un extremo, con la crea-ción de más spin-off de las que el sistema puede o debe absorber. En el Reino Uni-do se licencian 1,5 tecnologías por cada spin-off creada, frente a 10 licencias porspin-off en Canadá o EEUU. En el apartado 2.6.1 se ofrece más información sobreel tema de la propiedad industrial e intelectual.

En la mayoría de universidades españolas, la tarea de apoyo a la creación de spin-offse realiza desde las oficinas de transferencias de los resultados de la investigación

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77 Las spin-off son empresas que se crean en el seno de otra empresa o entidad ya existente, y,normalmente, como iniciativa de algún empleado de la misma.

(OTRI), sea ésta una estructura independiente o se encuentre dentro de la universidad.La aparición de nuevas estructuras como parques científicos o incubadoras tecnológi-cas ha generado un incremento de actores en la función cuya coordinación a menudono ha sido planificada como debiera. En países como Reino Unido o Alemania, dondela propiedad intelectual reside también en la universidad o en el OPI, estos últimos ad-quieren acciones, en mayor o menor grado, de las empresas que han ayudado a crear. En Oxford o Cambridge, por ejemplo, se negocian en cada caso las accionesque deben repartirse a partes iguales entre los emprendedores, los inversores y la uni-versidad. Normalmente, los derechos de la propiedad intelectual se transfieren a laspin-off a través de un contrato de licencia, que suele comportar un pago de royalties.

En España, las universidades han empezado a participar en el accionariado de lasempresas que crean, aunque a menudo la gestión de dicha participación no tienelugar con la celeridad que desearían los inversores y pueden llegar a desaprove-charse oportunidades de inversión. La rapidez de decisión en este aspecto va li-gada a la capacidad de decisión y autonomía que puedan tener las estructurasgestoras, y que debe ser contemplado dentro de la estructura de gobernanza delas nuevas universidades emprendedoras.

En este sentido, existe un documento interesante elaborado por la comisión Bios-cience Innovation and Growth Team (BIGT) inglesa, que recoge recomendacionespara implementar un plan estratégico hasta 2015 que permita desarrollar un po-tente sector biotecnológico en ciencias de la vida en el Reino Unido. Las barrerasdel sector y recomendaciones que proponen son perfectamente extrapolables alas necesidades del sector biotecnológico en España.

Bioscience 2015. Recomendaciones para potenciar la creación de un nuevotejido biotecnológico competitivo en 2015 (Reino Unido)

1. Potenciar las oficinas de transferencia de tecnología (OTT) mediante cinco medidas:

n Incrementar la financiación de aquellas que se hayan mostrado más competi-tivas, permitiéndoles ofrecer salarios competitivos y beneficios ligados al éxitode la gestión que atraigan al personal más cualificado.

n Consolidar redes regionales mediante incentivos adicionales a la colaboraciónque permitan beneficiarse a las OTT más pequeñas.

n Establecer indicadores basados en la calidad de las ideas y su potencial im-pacto económico, frente a la proliferación de ideas que acaben desarrollán-dose en spin-off no competitivas.

n Potenciar la licencia como mejor método de comercialización.n Incrementar la interacción con inversores en etapas más iniciales mediante re-

des locales.

2. Dotar a las OTT de fondos adicionales que les permitan contratar a un empren-dedor con experiencia que asesore en el desarrollo de proyectos.

3. Proporcionar mecanismos de financiación adecuados para paliar dos grandesbarreras en la creación de empresas biotecnológicas:

n La validación de la tecnología antes de su potencial comercialización.n El acceso al capital semilla para etapas muy iniciales, que permita a las nue-

vas empresas desarrollar el producto tecnológica y comercialmente maduropara acceder al capital riesgo.

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La incorporación de doctores y tecnólogos a empresas, o la incorporación parcialde científicos, son dos modalidades mediante las cuales el know-how se transmi-te de forma indirecta. Cuando se valora la implicación de la universidad como fuen-te de creación de valor en un sector determinado, como puede ser la biotecnolo-gía, este tipo de indicadores no suelen tenerse en cuenta, frente a los más tradi-cionales como número de licencias, número de empresas generadas, etc.

La contratación de personal dedicado a I+D es una fuente importante de conoci-miento para la empresa. El bajo número de doctores en las empresas españolasexplica, en parte, el bajo nivel de innovación tecnológica de nuestro tejido produc-tivo y el bajo número de invenciones de producto realizadas en las empresas es-pañolas. Son excepción a la regla las empresas spin-off, especialmente las biotec-nológicas, cuyo personal está formado por doctores y licenciados principalmente.

En cuanto a la participación de científicos en empresas de reciente creación, haybarreras a esta movilidad reflejadas en la ausencia de un marco legal universitarioque permita a los científicos creadores de nuevas iniciativas empresariales partici-par activamente en ellas, con dedicaciones completas durante períodos de tiempodelimitados, como permite la Ley francesa de Innovación de 1999. Como la de-manda de científicos es continua en este sector, es de especial importancia parael éxito del mismo que el sistema público de I+D facilite este proceso.

LAS ORGANIZACIONES DE SOPORTE A LA INNOVACIÓN EN EL SECTORBIOTECNOLÓGICOAunque las organizaciones de soporte a la innovación más consolidadas en Espa-ña son las OTRI, los centros tecnológicos y los parques tecnológicos, a partir de fi-nales de los años noventa, las bioincubadoras, los parques científicos y las plata-

Programas específicos de apoyo a la movilidad de personal

n Portugal, Programa QUADROS. Pretende potenciar la contratación de jóvenestécnicos en áreas encargadas de transferir el conocimiento tecnológico específi-co. La incorporación a la empresa es por un periodo de dieciocho meses. Pue-den acogerse hasta un máximo de tres personas por empresa e incluye docto-res y másteres.

n Irlanda, Programa FUSION. La iniciativa contempla tres actores: una PYME connecesidades tecnológicas; un centro de conocimiento, universidad u organismopúblico; y un licenciado/doctor reciente.

n España, Programa TORRES QUEVEDO. Su objetivo es la transferencia de cono-cimiento mediante la incorporación de doctores y tecnólogos a empresas y cen-tros tecnológicos por un periodo de hasta tres años, habiendo resultado ser uninstrumento muy útil para definir los equipos humanos en las nuevas empresas debase tecnológica (spin-off) y en las PYME. Se ha utilizado igualmente para contra-tar a los responsables de plataformas tecnológicas, tanto las ubicadas en parquescientíficos y tecnológicos como las ubicadas en centros tecnológicos.

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formas tecnológicas han cobrado relevancia, especialmente en el área de la bio-tecnología. También, se ha observado en Europa el desarrollo de áreas regionalesde innovación alrededor de actividades relacionadas con la biotecnología que sedenominan bioclusters, o supraestructuras de transferencia. Están basadas en zo-nas territoriales con elevada concentración de actividades innovadoras, centros deexcelencia científica y entornos industriales que, apoyados en instrumentos dina-mizadores del gobierno (elevadas subvenciones, incentivos fiscales, instrumentosespecíficos del sector, etc.), se caracterizan por un aumento de la competitividadempresarial y un crecimiento económico de sectores afines.

Las OTRIEn el sector biotecnológico en España existe un déficit importante en estructuras es-pecíficas de apoyo a la transferencia. A principios de la década de los años noven-ta, las universidades y los OPI españoles establecían las OTRI con el fin de canalizarlas relaciones con las empresas en materia de transferencia de conocimiento. Condistintas tipologías jurídicas, las OTRI han asumido desde la gestión de proyectos deI+D hasta la gestión de la propiedad intelectual. La característica mayoritariamentegeneralista de las universidades, unida a una falta de masa crítica de proyectos enel sector de las ciencias de la vida, no ha justificado la existencia de oficinas secto-riales con personal especializado. Asimismo, la falta de recursos destinados a la ges-tión de la transferencia y el poco mercado de gestores profesionales (no existe unaformación superior reglada al respecto) no facilita la creación de estas capacidades.

En un reciente informe sobre el sector biotecnológico del Reino Unido (Bioscience2015. Improving Health, Improving National Wealth. Bioscience Innovation andGrowth Team, 2003), se pone de manifiesto la necesidad de dotar y fortalecer lasunidades de transferencia de tecnología de las universidades para llegar a ser unapotencia biotecnológica. Dos de las recomendaciones que proponen son intere-santes por su aplicabilidad en España:

n Desarrollar entidades compartidas entre distintas universidades de una región,que capitalicen el conocimiento y centralicen parte de las tareas llevadas a ca-bo por las oficinas de las universidades. Estas agencias de comercialización re-gionales deberían apoyarse en las agencias de desarrollo locales y gestionaríanla propiedad intelectual de las universidades, cuyas oficinas internas se encar-garían principalmente de la investigación en colaboración. Este modelo facilita-ría la existencia de personal especializado por sectores como por ejemplo labiotecnología, así como la vertebración de estructuras superiores de organiza-ción a nivel regional (bioclusters).

n Incrementar la financiación de las oficinas de transferencia, de modo que per-mita atraer personal cualificado y formar las plantillas existentes. Como mode-lo, el de la Association of University Technology Managers estadounidense, aso-ciación con elevada participación empresarial que ofrece entre sus servicios laformación de los gestores de transferencia.

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La agrupación de oficinas en redes temáticas o la creación de agencias de co-mercialización externas a las universidades, en ocasiones especializadas, es unmodelo que ha funcionado en áreas como Québec (Canadá).

Hasta finales de los años noventa, en España se han identificado las OTRI con laglobalidad de actividades de transferencia. Hoy se empieza a aceptar que las ac-tividades de las OTRI son sólo parte de una función de transferencia más global,donde entra en juego la gestión de espacios y la gestión de oferta tecnológica, es-pecialmente en el campo de la biotecnología donde estos requerimientos son par-ticularmente elevados y específicos.

Los parques científicos Los parques científicos constituyen una nueva estructura de interrelación para la trans-ferencia de conocimiento, que ofrece un espacio privilegiado para la relación universi-dad-empresa y para el surgimiento de nuevas actividades económicas innovadoras.

El modelo de parque científico imperante en España es más el resultado de algu-nas políticas de la Administración General del Estado que de planes estratégicosde las propias universidades. Este hecho ha ocasionado a menudo una falta de co-ordinación entre las OTRI y los parques, con duplicidad de funciones o falta de co-ordinación entre estructuras. Es preciso que las distintas estructuras universitariasque forman parte de la transferencia respondan a una misma política de la univer-sidad, con una dirección operativa única.

El primer parque operativo en España, el Parque Científico de Barcelona (PCB) ligadoa la Universidad de Barcelona (UB), es un parque eminentemente biomédico y bio-tecnológico, debido tanto a la masa crítica de investigadores en ciencias de la vida enla propia universidad, como a la actividad del sector farmacéutico en Cataluña, queaglutina el 60% de la I+D de la industria farmacéutica española. Con una estructurajurídica independiente (fundación) el parque acoge distintos actores y funciones rela-cionadas con la función de transferencia. En este sentido, el parque ha creado en unmismo entorno aquellos elementos que por falta de madurez del sistema eran inexis-tentes o inapropiados para una transferencia de conocimiento en biotecnología:

n Centros de investigación de excelencia.

n Oferta tecnológica (servicios científico-técnicos, plataformas tecnológicas) deapoyo a la investigación en biotecnología y biomedicina.

n Unidades de I+D de empresas biotecnológicas, farmacéuticas y de química fina.

n Una bioincubadora de empresas de base tecnológica.

n Estructuras de la Universidad de Barcelona ya existentes, como el Centro de In-novación de la Fundación Bosch i Gimpera, la OTRI de la UB con entidad jurí-dica propia, y el Centro de Patentes de la UB.

La evolución del proyecto PCB desde la fecha de su creación (1997) es un espejode la falta de madurez del sistema de ciencia-tecnología-empresa español, con un

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modelo altamente participativo en la función transferencia que en otros países consistemas más maduros, desempeñaría un mayor número de actores.

Otro proyecto de parque científico en España, el Parque Científico de Madrid(PCM), está realizando una labor significativa en la creación y desarrollo de nuevasempresas de base tecnológica, aunque ha sufrido ciertos retrasos como conse-cuencia del cambio de política científica de una de las dos universidades implica-das en el proyecto. Sigue siendo, con todo, un ejemplo imitable de cómo la cola-boración entre grandes instituciones, en este caso, las Universidades Autónoma(UAM) y Complutense de Madrid (UCM), puede producir resultados prometedores.

Por otro lado, cabe destacar que los parques tecnológicos españoles buscan unamayor proximidad a las fuentes de generación de conocimiento, especialmente enel sector de la biotecnología. Se puede mencionar, como ejemplo, el caso del Par-que Tecnológico del País Vasco que, como uno de los principales actores del PlanBiobask del Gobierno Vasco, ha incorporado centros de investigación como el CICBiogune, que colabora con grupos de investigación en biomedicina y biotecnolo-gía y nuevas empresas de base tecnológica en un mismo edificio.

Las bioincubadoras Los requisitos específicos de la investigación en biotecnología, así como el estado in-cipiente de desarrollo de las ideas generadas en los laboratorios públicos, hace in-dispensable la existencia de estructuras que ofrezcan espacios adecuados paratransformar la idea biotecnológica en proyecto de empresa y, posteriormente, mo-delar dicha empresa en un entorno facilitador que le permita, en una etapa inicial (en-tre dos y tres años), diseñar, validar y desarrollar un modelo de negocio adecuado.

Entre los pocos espacios de bioincubación existentes en España, se puede mencionarpor ejemplo, la Bioincubadora CIDEM-PCB, promovida en julio de 2002 por el PCB, laFundación Bosch i Gimpera de la UB y el Centro de Innovación y Desarrollo Empresa-rial (CIDEM) de la Generalitat de Catalunya. El informe ASEBIO 2003 puso de mani-fiesto esta escasez al incluir entre sus recomendaciones el desarrollo de diez bioincu-badoras en España, necesarias para la creación de un nuevo tejido de empresas ba-sadas en la biotecnología. Otro ejemplo significativo es el PCM que cuenta con dosincubadoras por las que han pasado un total de veintiséis proyectos empresariales, delos cuales cinco han conseguido participar en el programa NEOTEC del CDTI, y tieneproyectada la construcción de una gran Bioincubadora en el campus de la UAM. Ade-más, este parque ha generado, con la ayuda de la Fundación Genoma España, plata-formas tecnológicas de genómica, proteómica y bioinformática, tanto en el campus dela UAM como en el de la UCM. En Andalucía se están incubando más de diez empre-sas biotecnológicas entre los parques tecnológicos de Málaga y Granada.

En la actualidad, las ideas surgidas de la investigación biotecnológica a menudo con-viven en el entorno de departamentos universitarios, donde se benefician de los labo-ratorios y del acceso a servicios científicos con una falta de reglas de juego, que regu-len los derechos de acceso y los retornos adecuados para la universidad. Es de ab-

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soluta necesidad la creación de bioincubadoras que den apoyo de acompañamientodurante todo el proceso de creación y desarrollo de la primera etapa de la empresa(normalmente un máximo de tres años), y que cuenten con personal formado en todaslas etapas (protección de la propiedad intelectual, patentes biotecnológicas, negocia-ción con capital riesgo, etc.) o con acceso a asesoramiento especializado. Estos es-pacios de bioincubación deben estar cercanos a servicios científicos universitarios, im-prescindibles para el desarrollo de las spin-off biotecnológicas, siendo por ello entor-nos recomendables los campus universitarios o los parques científicos. De la mismamanera que se ha comentado para las OTRI, este escenario es solamente contempla-ble mediante la creación de redes sectoriales (por ejemplo, Red de Bioincubadoras)que faciliten el desarrollo de una masa crítica de gestores en bioincubación.

Las plataformas biotecnológicas

En la actualidad, el concepto de plataforma tecnológica se utiliza con significadosmuy distintos en numerosos contextos, que van desde el abanico de tecnologíasde que dispone una empresa de base tecnológica o un servicio público, hasta losgrandes grupos de discusión a nivel europeo, o think tanks sobre temas estratégi-cos para Europa dentro del futuro VII Programa Marco de la Unión Europea.

Se entiende por plataformas biotecnológicas las de apoyo a la investigación bio-médica o biotecnológica en entornos que agrupan equipos e instrumentos de últi-ma generación y poseen personal técnico altamente especializado. Se caracterizanpor la actualización constante de su oferta tecnológica mediante la combinación deinvestigación propia, investigación en colaboración y servicio tecnológico. Su ubi-cación suele ser en un entorno universitario (campus universitarios, parques cientí-ficos) y están abiertas a una comunidad de usuarios, públicos y privados, tanto anivel regional, nacional como internacional.

Dentro del Plan Nacional de I+D+i 2004-2007, el Comité Asesor de Grandes Instala-ciones Científicas reconoce la existencia de instalaciones científicas que, por su tama-ño o vocación más tecnológica que científica, merecen una consideración especial enel tejido de I+D, como sería el caso de las plataformas tecnológicas. Las define comoinstalaciones científicas dedicadas fundamentalmente al desarrollo tecnológico, concarácter único o excepcional, y cuyo valor estratégico justifica su disponibilidad para elcolectivo de I+D, tanto público como privado, y para la sociedad en su conjunto.

En España, gracias principalmente al acceso a fondos FEDER (Fondos Europeosde Desarrollo Regional), se han adquirido durante la última década numerosas in-fraestructuras científicas de apoyo a la investigación en genómica, proteómica,bioinformática, química médica, nanobiotecnología, resonancia magnética nuclear,cristalografia de proteínas por rayos X, etc. Sin embargo, no ha habido un análisisprevio de la demanda, ni de la disponibilidad de personal debidamente formado.Este hecho ha generado un mapa de tecnologías, con un desarrollo desigual de losservicios o plataformas que los acogen.

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La dotación en infraestructuras de apoyo a la biotecnología en España, a menudocon equipos de última generación, no tiene nada que envidiar a la existente enotros países europeos. El punto limitante puede estar en la capacidad de gestióny de puesta en funcionamiento de estas plataformas. Asimismo, es necesaria laexistencia de instrumentos específicos de apoyo para favorecer su utilización porel sector público, inicialmente su principal usuario, mientras no se genere la de-manda del sector empresarial, siempre más lenta y cauta en lo que se refiere a laimplementación de nuevas tecnologías. La optimización del uso de las infraestruc-turas y las competencias tecnológicas, debe pasar por una nueva manera de en-tender la organización de las plataformas en red, abierta a la participación de otrasentidades con el objetivo final de proporcionar un servicio de calidad con las me-jores prácticas, evitar duplicidad en las inversiones hechas con fondos públicos ycompartir el conocimiento generado con la práctica diaria.

En este sentido, cabe destacar las distintas convocatorias de la Fundación Geno-ma España, con el objetivo de: (i) realizar un mapa de la oferta tecnológica espa-ñola en ciertas tecnologías (por ejemplo, proteómica); (ii) potenciar el trabajo en redpara favorecer la optimización y estandarización de las distintas plataformas na-cionales; (iii) diseñar instrumentos de apoyo a la utilización de la tecnología por losgrupos públicos; (iv) favorecer la participación de España en programas interna-cionales con una red coordinada de plataformas tecnológicas. Este es el caso dela convocatoria (diciembre 2003), sobre la creación de una Red de Servicios deProteómica en España, para la cual existe una dotación de cinco millones de eu-ros para cinco años, principalmente dedicados a subsanar la carencia de personalcualificado y técnicos de apoyo en las distintas unidades. También, desde noviem-bre de 2004, se está fomentando el uso de tecnologías de microarrays de ADN,que contempla una inversión de un millón de euros en el primer año. Estas inicia-tivas son muy interesantes y de gran utilidad. Sin embargo, deben realizarse conextremada precaución, pues se pueden traducir en una competencia de los servi-cios que las nuevas empresas biotecnológicas pueden y necesitan prestar paraatraer nuevo capital, especialmente en sus etapas iniciales. De llegar a producirse,esta posible competencia por parte de las instituciones públicas de investigaciónpodría estrangular las pocas posibilidades de sobrevivir de las empresas que co-mienzan. Así, las instituciones deberían intentar cubrir aquellas áreas que por dis-tintas razones son necesarias e inaccesibles para las empresas.

En biotecnología, la presencia de estructuras dinámicas como las plataformas tec-nológicas ofrece no sólo un entorno inmejorable para llevar a cabo proyectos deinvestigación en colaboración, sino una oportunidad para la movilidad de recursoshumanos, elemento clave de cualquier proceso de transferencia de conocimiento.De la misma manera que en el caso de las bioincubadoras, las plataformas se be-nefician de una ubicación en un marco público-privado, donde haya disponibilidadde espacios de laboratorio y existan grupos del sistema público de investigaciónque aporten su conocimiento y empresas (spin-off, PYME) que necesiten la tecno-logía. Este tipo de entornos suele generarse en parques científicos, como por

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ejemplo las plataformas de genómica, proteómica, bioinformática, nanotecnologíay biología molecular, desarrolladas por los parques científicos de Barcelona y deMadrid.

Los bioclusters

Recientemente se ha observado en Europa un movimiento de transformación declusters clásicos en un nuevo modelo regional de desarrollo, especialmente en loreferente a tecnologías emergentes y de aplicación transversal como la biotecno-logía: las áreas regionales de innovación o biorregiones. Estas áreas de desarrolloinnovador pueden definirse como estructuras virtuales de transferencia consisten-tes en zonas territoriales de alta concentración de actividades innovadoras, de en-tornos industriales y de centros de excelencia científica o tecnológica, junto a cam-pus universitarios que, acompañados de instrumentos dinamizadores (incentivosfiscales, subvenciones, etc.), llevan a un aumento de la competitividad empresarialy, en consecuencia, del bienestar de la región.

Los bioclusters son estructuras organizativas de soporte superiores a los anterio-res, facilitadoras de la transferencia de tecnología en el ámbito regional, que tienencomo principal objetivo actuar como atractivo para inversores, para el estableci-miento de unidades de I+D de empresas multinacionales, para emprendedoresmultinacionales y, finalmente, para desarrollar una cultura emprendedora e innova-dora común en la sociedad.

Cabe destacar las numerosas iniciativas regionales y nacionales en Europa paradesarrollar biorregiones o bioclusters mediante distintos instrumentos de la Admi-nistración. Estos instrumentos suelen ir dirigidos a potenciar las sinergias entre laindustria, la investigación pública y las administraciones, es decir, la colaboraciónentre empresas, o entre empresas e instituciones de investigación, o las relacionesde todo tipo (no solamente de investigación) dentro de empresas a lo largo de lacadena de valor de un mismo sector.

Factores críticos para el desarrollo de un biocluster

n Buena base científico-tecnológica (incluyendo formación y preparación técnica).

n Sistema de transferencia de tecnología eficiente.

n Tejido empresarial dinámico.

n Capacidad de atracción de personal especializado.

n Acceso a financiación.

n Infraestructuras y servicios.

n Servicios de apoyo a las empresas del sector y tejido industrial en sectores afines.

n Recursos humanos cualificados.

n Redes y alianzas efectivas.

n Entorno político, fiscal y regulador favorable.

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En España la política de clusters está poco desarrollada y se encuentra restringi-da a iniciativas regionales, en particular en el País Vasco, el cual ha llevado a ca-bo programas específicos de fomento a la competitividad en ciertos sectores in-dustriales desde los años noventa. Es necesario un Plan Estratégico de Biotecno-logía que fomente la coordinación entre actores, tanto a nivel nacional, comoregional y local.

El País Vasco ha sido de nuevo la primera Comunidad Autónoma en iniciar una estrategia de desarrollo empresarial en biociencias, el Plan Biobask 2010hecho público a finales de 2003, con la visión de la oportunidad que una apues-ta por la biotecnología puede significar para la renovación del tejido industrialexistente y el riesgo que podría representar no subirse al tren de las otras re-giones europeas que han optado por ello. El País Vasco carece de una masacrítica de conocimiento en biociencias, así como de un sector biotecnológicopotente. Partiendo de un análisis realista del escenario actual, la estrategia Bio-bask pretende ordenar y coordinar las acciones que propicien el desarrollo delsector en la región para potenciarlo como un pilar de su tejido empresarial.

Cataluña dispone de una masa crítica importante en generación de conocimientoen ciencias de la vida y concentra el 60% de la I+D del sector farmacéutico espa-ñol. La aprobación de la Biorregión Catalana obligará a diseñar e implementar unplan estratégico de desarrollo del sector. Cabe mencionar la constitución de laAlianza Biomédica de Barcelona entre tres parques científicos de la ciudad, en sep-tiembre de 2003, como primer paso de estructuración de la investigación biomé-dica básica. Desde abril de 2005 la Biorregión Catalana forma parte del Eurobio-cluster South, una red que incluye 24 universidades y unas trescientas empresas,y que surge de la federación de regiones y ciudades dedicadas al desarrollo de lasciencias de la vida y la biotecnología, en la línea geográfica que une Barcelona,Lyon y Heidelberg.

En España los indicadores del sector (número de patentes, número de em-presas spin-off, inversión en I+D, número de empresas que invierten en I+D, etcétera) siguen estando lejos de la media europea. La supervivencia de clus-ters se basa en la competitividad y la capacidad de generar un valor añadidoespecífico que posicione una región en el mapa europeo de la biotecnología.Aunque el compromiso de la administración sea fundamental para eliminar lasbarreras existentes y animar al sector privado y a otros agentes implicados, el verdadero dinamizador de un biocluster debe ser el sector privado. El fomentode la coordinación interregional es fundamental para evitar las iniciativas sinoportunidades a nivel internacional. Europa debe apostar por los Metaclusters—pasar de la competencia a la colaboración— si quiere continuar en la ca-rrera de la biotecnología junto con los Estados Unidos y los nuevos países asiá-ticos.

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Países como Alemania han implementado políticas dirigidas a la formación debioclusters con elevadísimas inversiones económicas

El Programa BioRegio en Alemania

En 1996, el gobierno federal alemán, a través del Ministerio de Ciencia, Educación,Investigación y Tecnología (BMBF), impulsó la competición BioRegio, con el objeti-vo de potenciar la comercialización de los resultados de la investigación biotecnoló-gica llevada a cabo en universidades y centros públicos de investigación. Cada re-gión competía con una propuesta que ponía de manifiesto sus competencias es-tratégicas así como la coordinación efectiva entre los agentes. Los criterios deselección incluían potencial científico de centros y empresas, capacidad del sectorfinanciero de aportar recursos al sector, presencia de estructuras de transferencia.Colonia, Heidelberg y Munich fueron seleccionadas y recibieron 25 Ma en cincoaños.

El gobierno alemán implementó a su vez otras medidas de acompañamiento desti-nadas a promocionar o incentivar la investigación, el desarrollo empresarial y la crea-ción de nuevas empresas en el sector:

n BioFuture: iniciativa de apoyo a jóvenes científicos.

n BioChance: 50 Ma en cino años para financiar investigación pre-competitiva en lasnuevas empresas biotecnológicas para la generación de nuevos productos, servi-cios o procesos.

n BioChancePlus: 2003. Programa de seguimiento iniciado por el gobierno para po-tenciar el desarrollo y consolidación de las nuevas empresas, mediante colabora-ciones estratégicas y creación de redes. 100 Ma de fondos públicos más 150 Made fondos privados.

n BioProfile: potenciación de deterrminadas regiones en áreas específicas de la bio-tecnología.

Como resultado, Alemania tiene hoy 25 BioRegiones y 600 empresas biotecnológi-cas, 360 de ellas en el sector de la salud. En 2002, las inversiones en capital riesgoen biotecnología llegaron a 208 Ma, aumentando en 2003 un 30% en volumen y un50% en el número de inversiones. Alemania tiene hoy más empresas biotecnológi-cas early-stage que cualquier otro país europeo.

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La financiación en la creación de una empresa biotecnológica

La biotecnología se ha transformado en una disciplina totalmente horizontal que afec-ta a múltiples áreas de negocio regidas por diferentes modelos, siendo un referente enlas áreas de salud humana, salud animal, agroalimentación y medioambiente, entreotras. Al tratarse de una industria joven su falta de madurez se ve reflejada, muchas ve-ces, en sus sistemas de financiación. Contrariamente a lo que se pueda pensar, la fi-nanciación de una empresa biotecnológica no es sólo la financiación de su I+D. Otrasáreas, como la protección de su propiedad intelectual, la necesidad de cubrir su capi-tal circulante durante largos periodos de tiempo hasta la comercialización de sus pro-ductos, la asesoría especializada de prestigiosos consultores, su internacionalización olas colaboraciones científicas, constituyen también un importante gasto de los fondos.Las fuentes habituales de financiación para este tipo de empresas son el capital ries-go, los inversores privados, las instituciones públicas o incluso la bolsa; no se debeperder de vista que los casos de éxito potencian y facilitan la atracción de nuevos in-versores, como en todo sector nuevo. La información sobre el estatus del sector, so-bre qué se hace y el potencial que presenta, es fundamental para que la comunidadinversora se sienta motivada para abordar nuevas iniciativas en esta industria.

Los financiadores potenciales de este tipo de empresas deben percibir claramen-te cómo se piensan tratar y cubrir los distintos hitos que se irán produciendo en eldesarrollo de la actividad propuesta y que determinarán su éxito. Como factorescríticos de éxito se deben considerar la flexibilidad y agilidad, la calidad y la dife-renciación en el producto o servicio ofrecido, la planificación anticipada y realistaen la cobertura de las necesidades de financiación, y la capacidad de los equiposdirectivos para implementar los planes propuestos. Para cubrir dichos factores a lolargo de la vida de una empresa biotecnológica será necesario:

n Demostrar una clara visión de negocio, así como una revisión y actualización delas estrategias de I+D mediante la realización de informes de vigilancia tecnoló-gica, tanto sobre la situación del mercado como sobre la industrialización po-tencial de las tecnologías en estudio.

n Contar con un equipo promotor, con experiencia y especialización, que sea muydinámico y esté completamente dedicado, al menos una parte de él, a la eje-cución del proyecto. Esto constituye un problema en muchas de las spin-off quesurgen de CPI, en las que el promotor sigue en la nómina del centro.

n Desarrollar una actividad que genere ingresos con enfoque en la extensión de lalabor comercial de la compañía, como forma de autofinanciación, así como decreación de imagen para la atracción de nuevo capital.

n Construir credibilidad alrededor del proyecto, generalmente mediante la crea-ción de comités asesores científicos y empresariales con profesionales de reco-nocido prestigio. Igualmente es fundamental la creación de una cartera de pro-piedad intelectual que cree valor para la misma.

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n Trabajar de forma constante en la planificación financiera así como en el acce-so a medidas y herramientas que, gestionadas en el corto plazo, resuelvan difi-cultades de liquidez a la vez que planifiquen la búsqueda e inyección de fondosadicionales para periodos sucesivos.

n Participar de la globalidad del sector, potenciando la internacionalización de laactividad mediante la búsqueda de mercados para sus productos y la consoli-dación de alianzas y acuerdos estratégicos.

Para abordar cualquier proceso de búsqueda de financiación para una empresabiotecnológica es importante hacerlo contando con el suficiente «oxígeno financie-ro», de forma que se pueda negociar con garantías de tiempo y forma. Se trata deprocesos normalmente largos, con aspectos relativamente complejos como los dediligencia debida, en los que es fundamental asegurar la continuidad de la activi-dad principal de la compañía.

Normalmente una empresa biotecnológica necesita de no menos de tres fasesde desarrollo: arranque (siembra, puesta en marcha o start up), crecimiento yconsolidación. Para la primera fase, es habitual necesitar entre uno y dos mi-llones de euros. Para la segunda fase, se mencionan una o más rondas de fi-nanciación con valores de entre tres y seis millones de euros. La última fasesuele ir acompañada de salida a Bolsa con valores que pueden superar las de-cenas o centenas de millones de euros. Normalmente el avance a lo largo deestas fases va acompañado de una dilución de la participación de los empren-dedores iniciales.

Aun en el caso favorable de iniciar el esquema empresarial desde una situación pri-vilegiada, como puede ser bajo la protección de una bioincubadora, y además con-seguir ayudas de las diferentes administraciones públicas para el proyecto, todaslas empresas biotecnológicas necesitan de recursos financieros que se hacen másimportantes precisamente cuando la empresa ya comienza a cristalizar. Estos re-cursos se pueden conseguir mediante:

n Autofinanciación: los ahorros y préstamos personales del emprendedor y su cír-culo próximo.

n Ayudas y subvenciones de las diferentes administraciones (proyectos I+D,ayudas por creación de puestos de trabajo e inversiones, ayudas fiscales,etcétera).

n Fórmulas intermedias, como los préstamos preferenciales con toma, o no, deuna parte de la sociedad.

n Recursos ajenos: inversores públicos o privados (el capital riesgo, las emisionesprivadas de acciones o la salida a Bolsa).

n Ventas: método ideal pero muy difícil de conseguir en este tipo de empresas,hasta alcanzar la madurez de la compañía (menos del 10% de las compañíasque lo intentan consiguen superar el camino desde la fundación hasta la ob-tención de ingresos regulares).

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El largo periodo de tiempo que requiere el desarrollo de un fármaco biotecnológi-co, sin garantía de éxito, hace que los inversores que no conozcan bien el sectory busquen rentabilidades a corto plazo pongan reparos; esto prácticamente noocurre en EEUU o Canadá, pero suele ser frecuente en España y otros países dela UE, pudiendo contribuir a la supervivencia de sus empresas (tabla 21). Así pues,las alternativas más factibles de financiación para una empresa biotecnológica enEspaña, además de las aportaciones iniciales de los socios, son la colocación pri-vada de capital y la salida a Bolsa.

El acceso al capital semilla inicial y la financiación para el proof of concept son dosbarreras importantes para el desarrollo del sector biotecnológico en España. Nor-malmente, la financiación en esta etapa es escasa y suele distribuirse a través deagencias públicas que carecen de expertos en el sector biotecnológico. En Espa-ña existen distintos programas nacionales y regionales de financiación en esta eta-pa, aunque ninguno de ellos enfocado explícitamente a empresas biotecnológicas.Entre ellos, se puede destacar la Iniciativa NEOTEC, lanzada por el CDTI en 2001con dos líneas básicas de actuación: medidas de apoyo a la creación de nuevasempresas (créditos semilla de hasta 300.000 ¤ a devolver cuando el flujo de cajade la empresa sea positivo) y programa de apoyo a entidades de capital riesgo,mediante ayudas reembolsables que pueden alcanzar hasta el 50% de la inversión.

En cuanto al capital riesgo, las inversiones en biotecnología en Europa han sido de686 M¤ en 2004, mientras que el mismo año en EE.UU. fuer on de 5.600 M¤ (eneste caso referidas a ciencias de la vida, es decir, biotecnolgía y dispositivos médi-cos). Sin embargo, en ambos casos la inversión relativa del capital riesgo en bio-tecnología ha ido en aumento, si se compara con otros sectores.

Las empresas de capital riesgo invierten en España menos del 1% del total invertidoen la UE. Según cifras de ASEBIO, la Asociación de Empresas Españolas de Biotec-nología, en el año 2003 quince empresas biotecnológicas consiguieron 5,6 M¤. Estacantidad es lo que de forma habitual obtiene una sola empresa europea o americanaen una ronda de financiación y en estadios muy tempranos de su desarrollo.

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EEUU UE Canadá

2003 2004 2003 2004 2003 2004

#1 %2 # % # % # % # % # %

Más de 5 años 120 38 103 31 11 11 10 10 27 33 31 38

3-5 años 53 17 54 16 21 22 24 24 1 1 3 4

2-3 años 43 14 42 13 23 24 26 27 0 0 2 3

1-2 años 50 16 67 20 22 23 16 16 15 19 16 20

Menos de 1 año 48 15 64 20 19 20 22 22 38 47 30 36

Total compañías 314 — 330 — 96 — 98 — 81 — 82 —

Tabla 21.Distribución de laedad de las empresas de biotecnología enEEUU, Canadá y laUnión Europea

1 Número de compañías.2 Porcentaje sobre el total.Fuente: Ernst & Young, Beyond Borders: Global Biotechnology Report 2005.

El capital humano

Desde el punto de vista de recursos humanos, una compañía biotecnológica pasapor diferentes etapas. Es el proceso de desarrollo del primer producto el que va ge-nerando la estructura organizativa básica, definiendo los perfiles profesionales quela organización precisará, así como el momento de su incorporación. Las etapasaquí descritas corresponden al tipo de empresa biotecnológica más compleja, quecubre desde el desarrollo del producto (por ejemplo, un fármaco) hasta su comer-cialización en el mercado. Para las compañías biotecnológicas más sencillas seránaplicables alguna o varias de las etapas descritas.

La primera etapa, que comienza con la creación de la empresa y coincide con los pri-meros años de actividad investigadora, demanda fundamentalmente profesionales deperfil investigador para el área de investigación y desarrollo. En la segunda etapa, queacompaña a la evolución del desarrollo de los productos, se genera la necesidad decrear un área de preclínica: en esta etapa se precisa incorporar investigadores con unnivel de formación también de doctor en biología, medicina o veterinaria, con una ex-periencia consolidada, en este caso como toxicólogos, patólogos o expertos en me-canismos de acción. La tercera etapa se va solapando paulatinamente con la anterior,que es cuando se integran en la estructura las posiciones de investigación clínica: setrata de un área médica en la que hay una mayor proporción de médicos especialis-tas del área terapéutica de interés, pero en la que también tienen cabida tanto diplo-mados en estadística, como licenciados en alguna de las carreras biomédicas. Lasposiciones son para trabajar en departamentos tales como monitorización de ensayosclínicos en centros hospitalarios, farmacología, farmacovigilancia, bioestadística, etc.En esta etapa también se integrará en la organización el área de asuntos regulatoriosy los jefes de proyecto o programas. La cuarta y última etapa tiene relación con la pre-paración y el lanzamiento comercial del producto. En esta etapa se integrarán en laempresa personas con perfiles profesionales que son más habituales en la industriafarmacéutica española, como son los jefes de producto y los delegados de ventas.

Durante los primeros años de actividad todos los esfuerzos financieros se focalizanen las inversiones y gastos de I+D, por lo que parece superfluo generar una es-tructura propia cargada de posiciones de gestión administrativa, de la que sólo sedebe crear el mínimo imprescindible y externalizar el resto de actividades. Sí debede haber en esta primera etapa un gestor empresarial que entienda el trabajo deI+D. Por otro lado, es necesario crear simultáneamente una red de colaboradoresexternos, que provengan de centros de investigación nacionales y extranjeros, conel fin de mantener un intercambio de conocimientos que contribuyan a consolidarlos proyectos, así como a incrementar las posibilidades de éxito.

Con la eficacia demostrada en el desarrollo clínico llega el momento en el que surgeuna de las grandes necesidades de este tipo de empresas, incrementar significati-vamente sus recursos humanos. Lo que hasta ahora era una empresa en la que setrabajaba con mucha dedicación, pero también con gran autonomía y libertad de ac-ción, tendrá que sufrir un proceso de crecimiento y de maduración para transfor-

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marse en una empresa con un crecimiento ordenado, que verá el nacimiento de nue-vas áreas orientadas a objetivos de negocio luchando por su lugar en un mercadocompetitivo. En este punto es necesario trabajar en las áreas de gestión financiera yadministración, desarrollo de negocio, recursos humanos y comercial, entre otras.

Con la aparición de nuevas áreas de actividad y diferentes perfiles profesionales conestilos muy distintos de trabajo, el departamento de recursos humanos debe centrar-se en el nuevo objetivo de integrar al personal investigador en una empresa. Se hacenecesario readaptar sus antiguos hábitos, tendentes a la autonomía o independenciaen su trabajo, para orientarlos al trabajo en equipos multidisciplinares. Para conseguir-lo, hay que desarrollar un funcionamiento por proyectos integrado en una organizaciónmatricial, que a su vez esté reforzada con una buena política y herramientas de comu-nicación interna siendo importante disponer de líderes que conozcan el trabajo de la-boratorio y al mismo tiempo tengan una visión global de la compañía y del negocio.

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Percepción del entorno socialLa comunicación y percepción pública de la innovación han dejado de ser preocu-paciones exclusivas de un círculo reducido de investigadores sociales para formarparte del discurso político y empresarial. En concreto, la industria farmacéutica hatomado conciencia de su importancia a raíz de la crisis de imagen que atraviesa elsector. Las compañías más veteranas no han sido capaces de transmitir al ciuda-dano el «valor del medicamento» y el éxito global de un programa científico que, enel último siglo, ha contribuido enormemente a una mejora en la esperanza y calidadde vida media humana. La industria biotecnológica tiene la oportunidad de cambiaresta situación aprovechando las ventajas que brinda una cultura corporativa muy li-gada al desarrollo científico y a la cooperación. Sin embargo, la biotecnología sani-taria tiene sus propios problemas de comunicación con la sociedad, debidos al ca-rácter extremadamente innovador de sus productos y a su vinculación con otrasaplicaciones tecnológicas en sectores dispares (agricultura, alimentación, bioproce-sos, etc.) que multiplican los mensajes, canales y audiencias que hay que tener encuenta. Afortunadamente, la controversia sobre los organismos genéticamente mo-dificados no parece haber tenido un impacto apreciable en el desarrollo de terapiasbasadas en la biotecnología, pero debe ser motivo de reflexión sobre lo que ocurrecuando el consumidor final no percibe el valor de la innovación.

PERCEPCIÓN SOCIAL EN EUROPA Y ESPAÑA Con estas premisas como punto de partida se pueden extraer algunas conclusio-nes de los datos recogidos en el Eurobarómetro 2002, publicado en marzo de2003, y de la Encuesta Europea sobre Biotecnología elaborada por la FundaciónBBVA (julio de 2003), dos estudios independientes cuyas aproximaciones metodo-lógicas pueden dar lugar a interpretaciones distintas pero complementarias.

El Eurobarómetro, una encuesta de opinión periódica que analiza las respuestas deaproximadamente dieciséis mil personas de la UE-15, ha introducido preguntas re-lativas a biotecnología en cinco ocasiones (1991, 1993, 1996, 1999 y 2002). En laedición de 2002, entre las nueve tecnologías analizadas, la biotecnología y la inge-niería genética se consideran positivas para el futuro. Sin embargo, comparandoeste resultado con el de 1996, el porcentaje de apoyo se ha reducido en un 5% yun 6%, respectivamente.

La palabra biotecnología sugiere a los europeos en primer lugar (43%) la clonaciónde animales y de seres humanos. Este porcentaje se eleva al 80-90% en Italia, Sue-cia y Dinamarca, mientras que en Portugal y Reino Unido baja al 15-16%. Un ter-cio de los encuestados piensa en la investigación científica, salud y desarrollo tec-nológico; uno de cada cuatro piensa en alimentos modificados genéticamente ysólo uno de cada doce en el medio ambiente. Respecto a sus aplicaciones, la ma-yoría ha oído hablar de alimentación (73%), cultivos (63%), seguido de análisis ge-néticos (59%), clonación animal (58%), clonación de células humanas (54%), me-dicinas (50%) y biorremediación (34%).

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Según los datos del Eurobarómetro 2002, el apoyo a las aplicaciones médicas dela biotecnología en las áreas de farmacia y análisis genéticos es el más alto. Inclu-so la potencialmente controvertida utilización de técnicas de clonación de célulasy tejidos humanos recaba un apoyo moderado. España mantiene sus posicionesfavorables en relación con los países de su entorno considerando útiles, moral-mente aceptables y prometedoras las aplicaciones de la biotecnología.

El estudio de la Fundación BBVA aporta datos complementarios. Dicho trabajo re-presenta una novedad respecto al Eurobarómetro y otros estudios nacionales porla amplitud y profundidad de los temas tratados. La investigación se realizó entreoctubre de 2002 y febrero de 2003 en nueve países europeos: España, Italia, Po-lonia, Francia, Reino Unido, Alemania, Dinamarca, Holanda, Austria (con un total de13.500 entrevistas). Como principal conclusión se puede destacar que la Biotec-nología es vista positivamente en la práctica totalidad de países estudiados (en Di-namarca un 70% asegura que contribuirá a mejorar nuestra calidad de vida en lospróximos veinticinco años, en Francia un 61% opina lo mismo, en España un 59%,en Italia un 56%, en Alemania un 53% y en Austria un 52%). Sin embargo, cuandose pregunta sobre ingeniería genética, el resultado cambia sorprendentemente. Entodos los países, con la excepción de España y Dinamarca, el porcentaje de quie-nes creen que mejorará nuestra calidad de vida no llega al 45%. La introducciónde estímulos específicos, por ejemplo mencionando la posibilidad de encontrar tra-tamientos más eficaces para una enfermedad gracias a la aplicación de una de-terminada biotecnología, mejora considerablemente la percepción.

El informe BBVA presta especial atención a la investigación con células madre em-brionarias, revelando que el conocimiento existente en Europa acerca de esta tec-nología es muy bajo a pesar del tratamiento intensivo que se le ha dado en los me-dios de comunicación. Los ciudadanos con mayor conocimiento del tema son losalemanes (28% de respuestas positivas); los españoles (17%) se sitúan en una po-sición intermedia en la lista de los nueve países europeos considerados en el estu-dio. Desgraciadamente, las percepciones hacia la investigación con células madreembrionarias, de la mayor parte de la población europea consultada, se basan nosólo en el conocimiento científico sino en criterios morales y religiosos. Con todo,los posibles beneficios médicos que este tipo de investigación puede proporcionarhacen que sólo Alemania, Italia, Austria y Polonia rechacen, por distintas razonesla utilización de las células embrionarias humanas. Incluso en estos países se apre-cia un cierto cambio en esta idea en los últimos tiempos.

LA DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA COMORESPONSABILIDAD SOCIAL DE LA EMPRESABIOTECNOLÓGICA

La aparición recurrente de la biotecnología en las encuestas sociológicas coincide conun momento histórico en el que las empresas deben dar respuesta a una esfera pú-blica que les reclama mayor implicación, más allá de los intereses lucrativos. Esta to-

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ma de conciencia ha inspirado el fenómeno de «responsabilidad social corporativa»(RSC), una actitud voluntariamente asumida por algunas compañías que trata de con-ciliar crecimiento y competitividad con preocupaciones sociales y medioambientales,y cuya sinceridad está creando cierta polémica entre defensores y detractores.

La interpretación de RSC de la misión de la empresa parece, a priori, fácil de incor-porar en un sector como el biotecnológico, orientado a obtener beneficios (valoreconómico) para los accionistas, mediante actividades que repercuten en la gene-ración de conocimiento útil (valor social). De hecho los principios de RSC ya esta-ban presentes en algunas decisiones tomadas hace treinta años por los pionerosdel sector. En 1975, la conferencia de Asilomar (EEUU) reunió a biotecnólogos detodo mundo para autorregular de forma voluntaria la investigación, conscientes delpotencial de la ingeniería genética. Esta actitud, sin precedentes en la historia de latecnología, demuestra la prudencia con la que se han abordado las enormes posi-bilidades de desarrollo socioeconómico que puede ofrecer el sector biotecnológico.

La divulgación del conocimiento científico desde la empresa, además de ser unapotente herramienta de marketing e imagen pública, es una expresión de su res-ponsabilidad social: los productos y servicios se consumen, pero el conocimientopermanece y puede ser compartido. La industria biotecnológica debe trasladar ala sociedad su compromiso con un desarrollo sostenible y equitativo, pero de na-da servirá hacerlo si no consigue divulgar al mismo tiempo los avances científicosque se producen. En resumen, la industria debe asumir que uno de los factores crí-ticos de éxito para el desarrollo biotecnológico es la comunicación con el públicobajo criterios de RSC. Si se quiere contar con el apoyo de los ciudadanos, se de-be hacer un esfuerzo en explicar los procesos y los resultados de la actividad bio-tecnológica a un público que quiere saber cómo funcionan las cosas y cuántocuesta conseguirlas.

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Consideraciones más relevantes

Pocos sectores empresariales habrá como el de la biotecnología, tan dependien-tes de la generación de nuevo conocimiento científico, en ocasiones muy básico,sobre el que se sustenten, de forma sólida e inmediata, novedosos desarrollos tec-nológicos. Dentro de este sector, esta dependencia de la ciencia es todavía, si ca-be, más acusada en el área de aplicaciones en biomedicina.

Se explica, así, la colaboración tan estrecha existente entre estas empresas y loscentros de investigación y las universidades en esta área. Sin embargo, la expe-riencia ha demostrado que esta dependencia no es suficiente para elevar el espíri-tu emprendedor de los investigadores, ni elevar la intensidad de creación de em-presas de base tecnológica en este sector.

La carencia de una cultura emprendedora en las universidades y centros de in-vestigación españoles, el deficiente estímulo y la falta de una normativa claraque facilite el camino a los investigadores emprendedores, constituyen barrerasa la promoción de la creación de nuevas empresas de base tecnológica desdelos centros de investigación. Recientemente se ha observado una disminuciónde propuestas de ideas con potencial para transformase en la base de la crea-ción de nuevas empresas spin-off, especialmente en el sector de la biotecnolo-gía. Las siguientes sugerencias podrían contribuir a paliar estos déficit a medioplazo:

n Desarrollo de programas de formación de emprendedores vinculando lasescuelas de negocio con la formación reglada en biociencias.

n Fomento de la participación de los investigadores en la empresa con ac-ciones como la Ley de Innovación francesa del 1997, y una modificaciónde la Ley de Incompatibilidades del personal de las administraciones pú-blicas que reduzca las barreras existentes.

n Promoción de la creación de «bioclusters» en aquellas áreas con una ba-se sólida de conocimiento biotecnológico.

n Aumento de la competitividad de las universidades mediante una «terce-ra vía» de financiación que permita la creación de estructuras competiti-vas de transferencia.

n Optimización de los presupuestos de las administraciones hacia la inves-tigación, por ejemplo priorizando la financiación de la investigación queesté enfocada hacia un retorno estratégico para la sociedad y la industria,e invirtiendo en la creación de masa crítica del sector.

Las empresas de biotecnología en sus etapas iniciales de creación tienen focaliza-do más del 80% de sus esfuerzos en I+D, siendo ésta una investigación de costesmuy elevados con unas previsiones de retorno a medio y largo plazo. Este es, portanto, un periodo en el que la creación de un entorno de soporte adecuado puedecontribuir a evitar el fracaso de estas iniciativas, mediante:

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n Creación de mayor número de bioincubadoras que aumente la capacidadde soporte de nuevas empresas. El fomento de la coordinación entre lasbioincubadoras contribuirá a mejorar su eficiencia.

n Reconocimiento de los parques científicos y las plataformas tecnológicascomo estructuras de pleno derecho en el Plan Nacional de I+D+i, y am-pliación del ámbito y condiciones de aplicación de los instrumentos exis-tentes de apoyo a la transferencia biotecnológica.

n Minimización del riesgo de que los servicios tecnológicos proporcionadospor las instituciones públicas de investigación y las plataformas tecnoló-gicas entren en competencia directa con los servicios tecnológicos pro-porcionados por las empresas, fundamentalmente las biotecnológicas ensus primeras etapas de vida.

n Promoción de redes efectivas de plataformas tecnológicas que permitanla optimización del uso de esta infraestructura, una política idónea de ta-rifas y la formación permanente de la plantilla, evitando la competenciacon las empresas.

n Fomento de la coordinación entre las diferentes estructuras participantesde la función transferencia (OTRI, incubadoras, parques científicos, cen-tros tecnológicos) y dotación a las mismas con personal especializado.

La inversión en el sector de la biotecnología es significativamente a más largo pla-zo que en otros sectores tecnológicos. Por esta razón, si la atracción de capitalriesgo, interno y externo, es muy limitada en España, en este sector es casi ine-xistente, por lo que son muy necesarias acciones que lo favorezcan:

n Potenciación de un marco legal que favorezca fiscalmente la inversión porparte de «business angels» e inversores de capital riesgo.

n Revisión de la legislación para facilitar la asunción de riesgos (Ley deQuiebra).

n Fomento de una mejor percepción social de la biotecnología medianteestrategias participativas y de formación específica en enseñanza se-cundaria.

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Anexo 2: Glosario de términosn

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Adenovirus: Familia de virus que contienen ADN y originan enfermedades respi-ratorias; permiten incorporar en su genoma moléculas de ADN de gran ta-maño, utilizándose en terapia génica como vectores.

ADN (ácido desoxi-ribonucleico): Ácido nucleico formado por dos cadenas deestructura de azúcar (desoxirribosa) y fosfato unidos por enlaces fosfodiés-ter, que son complementarias, están enrolladas en una doble hélice y cons-tituyen una sucesión repetida de las bases A, G, C y T. Es la molécula por-tadora de la información genética, definida por la secuencia de bases, ne-cesaria para desarrollar un organismo y que se transmite de generación engeneración.

ADN polimerasa: Enzima que lleva a cabo la replicación del ADN, es decir, la pro-ducción de una copia de la molécula original.

ADN recombinante: ADN que resulta de la combinación artificial de material ge-nético de diferente origen.

Alelo: Cada una de las formas variantes en las que se puede presentar un gen.

Aminoácido: Unidad estructural de las proteínas; se caracteriza por tener un es-queleto de átomos de carbono, con un grupo amino (básico) y un grupocarboxilo (ácido) unidos al mismo átomo de carbono. Existen 20 aminoáci-dos diferentes; la secuencia en que se colocan define la estructura y funciónde las proteínas.

Amplificación: Aumento del número de copias de un determinado fragmento osecuencia de ADN.

Anticuerpo monoclonal: Anticuerpo con especificidad única (sólo reconoce unepítopo), producido por un linfocito B inmortalizado en sus descendientespor técnicas de fusión celular.

Anticuerpo: Molécula producida por los linfocitos B como repuesta del sistema in-mune a la exposición a una sustancia o molécula reconocida como extraña(antígeno).

Antígeno: Molécula reconocida como extraña por el sistema inmune a la que seune un anticuerpo o un linfocito específico, con el fin de destruirla.

Apoptosis: Proceso de muerte celular programada que ocurre tras un cierto nú-mero de divisiones de la célula; se diferencia de la necrosis en que ésta esla muerte celular como consecuencia de un daño agudo o ataque a los te-jidos.

ARN (ácido ribonucleico): Ácido nucleico formado por una sola cadena, de es-tructura de azúcar (ribosa) y fosfato unidos por enlaces fosfodiéster, y cons-tituido por repeticiones de las bases A, G, C y U; se sintetiza a partir delADN.

ARN antisentido: De las dos hebras o cadenas de ADN enrolladas en forma dehélice, una codifica una proteína determinada y la complementaria no. Estees el ARN resultante de la trascripción de la hebra no codificante del ADN;se utiliza para bloquear la expresión de un gen por la hibridación que permi-te esa complementariedad.

ARN de interferencia: Fragmento de ARN de doble cadena capaz de unirse alARN mensajero antes de que se traduzca a proteína y así regular dicho pro-ceso.

ARN de transferencia: Molécula de ARN que descodifica el ARN mensajero ytransporta los aminoácidos durante la síntesis de proteínas.

ARN mensajero: Molécula de ARN que es producida por la transcripción del ADNy sirve de molde para la síntesis de una proteína.

ARN-polimerasa: Enzima que lleva a cabo el proceso de trascripción, es decir, lasíntesis de ARN a partir de ADN.

ARN-ribosomal: Molécula de ARN que confiere soporte estructural a un ribosoma,la estructura subcelular donde tiene lugar la traducción del ARN mensajeroo síntesis de proteínas.

Célula madre hematopoyética: Célula capaz de dar lugar a todos los tipos celu-lares diferenciados, con distintas funciones, del tejido sanguíneo (linfoide ymieloide).

Célula madre mesenquimal: Célula madre adulta que se encuentra en la médulaósea y es capaz de originar en el laboratorio una variedad de tipos celulares,por ejemplo, células de hueso, cartílago, piel, músculo o adipocitos.

Célula natural killer: Un tipo de linfocito capaz de matar células tumorales y pro-teger contra la infección causada por diferentes agentes infecciosos.

Citoquinas: Proteínas secretadas por una variedad de células que producen dife-rentes efectos en otras células, es decir, constituyen una forma de comuni-cación y regulación entre células.

Clon: Población de células genéticamente homogénea derivada de una única cé-lula.

Clonación de ADN: Es el proceso de aislamiento y multiplicación de un fragmen-to de ADN específico. Se basa en la inserción del fragmento de ADN, pre-viamente aislado y purificado, en un vector adecuado; el vector recombi-nante obtenido se introduce en bacterias o levaduras que, al multiplicarse,producen numerosas copias de dicho vector y, por tanto, del fragmento deADN de interés.

Complejo principal de histocompatibilidad: Conjunto de proteínas presentes enlas membranas de todas las células eucarióticas; tienen entre otras funcio-nes las de presentar el antígeno a los linfocitos, así como participar en el pro-ceso de maduración de los linfocitos T en el timo.

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Cromosoma: Estructura de material genético que se hace visible, al microscopioóptico, en el núcleo de las células cuando se van a dividir; resulta del em-paquetamiento del ADN gracias a unas proteínas denominadas histonas.

Desnaturalización: Proceso físico que se produce por cambios de temperatura ode pH, entre otras causas, por el que una macromolécula (ácidos nucleicos,proteínas) pierde su estructura original; por ejemplo, el proceso de separa-ción de las dos hebras del ADN.

Enlace fosfodiéster: Enlace en el que, mediante dos uniones de tipo éster, unamolécula de fosfato une a nucleótidos en la cadena de ácido nucleico.

Enlace peptídico: Enlace entre los grupos amino y carboxilo de dos aminoácidos,mediante el cual éstos dan lugar a las proteínas.

Enzimas: Proteínas que catalizan las reacciones bioquímicas.

Epítopo: Sitio de una molécula donde se une un anticuerpo.

Eucariota: Organismo unicelular, como hongos y levaduras, o todos los seres plu-ricelulares, cuyas células se caracterizan por poseer un núcleo definido, a di-ferencia de los procariotas.

Ex vivo: Fuera del organismo; normalmente se refiere a la manipulación de célulasfuera de su entorno natural.

Factor de trascripción: Regulador proteico natural de la expresión génica que,mediante su unión a regiones específicas del ADN, activa la trascripción degenes.

Fagocitosis: Proceso por el cual determinadas células (como los leucocitos y ma-crófagos) capturan y degradan partículas o estructuras extrañas (por ejem-plo, virus o bacterias) englobándolas con su membrana, internalizándolas alcitoplasma y digiriéndolas con enzimas.

Farmacocinética: El estudio de cómo los fármacos se absorben, distribuyen, me-tabolizan y eliminan en distintos tejidos o zonas del organismo.

Farmacodinámica: El estudio de los efectos bioquímicos y fisiológicos de los fár-macos, así como de su mecanismo de acción.

Gen codificante: Secuencia de una molécula de ADN que origina un ARNm para,a su vez, dar lugar a una proteína.

Gen supresor de tumores: Gen que controla negativamente o frena la división ce-lular descontrolada; su ausencia o falta de actividad como consecuencia deuna mutación facilita el crecimiento tumoral.

Heterocigoto: Con una forma alélica de un gen determinado diferente en cadacromosoma (humanos y mamíferos en general tienen dos copias de cadacromosoma).

Heterólogo: Procedente de un organismo diferente, se utiliza en contraposición ahomólogo.

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Hibridación: Proceso de unión entre dos moléculas de ADN o ARN, debido a lacomplementariedad de su secuencia.

Homocigoto: Con dos formas alélicas iguales de un gen determinado.

Homólogo: Procedente de un organismo similar.

Hormona: Molécula producida por células especializadas que, transportadas porla sangre, ejercen su efecto a distancia en determinados órganos o tejidosdel individuo.

Idiotipo: La parte del anticuerpo que se une de forma específica al antígeno.

Inmunoglobulina: Término general utilizado para denominar todas las moléculasde anticuerpo; una inmunoglobulina está formada por dos cadenas ligeras,dos cadenas pesadas y dos sitios de unión al antígeno.

In silico: Utilización exclusiva de herramientas informáticas para la realización deun proceso.

In situ: Utilización del medio natural, por ejemplo, un tejido u órgano, para la reali-zación de un proceso o reacción.

In vitro: Utilización del tubo de ensayo o material artificial, es decir, fuera de su me-dio natural, en la realización de un proceso o reacción.

In vivo: Utilización del organismo en la realización de un proceso o reacción.

Inmunoensayo: Ensayo analítico o diagnóstico para la detección de un antígeno,basado en su unión a un anticuerpo; se denomina ELISA si el método de de-tección es enzimático y RIA si se basa en radioactividad.

Inmunogénico: Capaz de generar una respuesta inmune, ya sea de tipo humoralo celular.

Inmunosupresión: Inhibición de la respuesta inmune; se puede producir por unaenfermedad o por fármacos.

Interleuquina: Las citoquinas producidas por leucocitos que actúan sobre otrosleucocitos regulando su actividad.

Leucocito polimorfonuclear: También llamado granulocito, es un tipo de leucoci-to que contiene gránulos con sustancias tóxicas, que le permiten digerir mi-croorganismos y estructuras que ha fagocitado.

Levadura: Un tipo de hongo unicelular.

Ligando: Molécula, grupo atómico o ion que, al unirse a otra molécula (normal-mente un receptor), produce una respuesta bioquímica o un cambio en suspropiedades fisico-químicas.

Linfoma: Tumor maligno derivado de células del sistema inmune que crece en elsistema linfático; un sistema formado por un conjunto de órganos, vasos ynódulos linfáticos que transporta, fundamentalmente, glóbulos blancos des-de los tejidos hasta la sangre.

230

Lipofección: Método de introducción de ADN en la célula a través de su mem-brana con la ayuda de lípidos.

Macrófago: Célula del sistema inmune capaz de ingerir o fagocitar antígenos extra-ños u otras estructuras para proteger contra una infección; se encuentra en mu-chos órganos y tejidos. Puede actuar como célula presentadora de antígeno.

Micromatriz: Pequeño dispositivo sobre cuya superficie se disponen, de forma or-denada y precisa, un gran número de entidades diversas (péptidos, oligo-nucleótidos, moléculas biológicas, células, tejidos, etc.) para ser evaluadassimultáneamente en un único ensayo.

Mitocondria: Órgano interno de la célula encargado de proporcionar la mayor par-te de la energía necesaria para la actividad celular; es donde tiene lugar lasíntesis de ATP, la molécula que actúa como reserva energética en la célu-la; posee membrana propia.

Neoplasia: Designa un crecimiento celular ex novo y sin control; utilizado general-mente como sinónimo de tumor maligno o cáncer.

Nucleasa: Enzima que rompe los enlaces fosfodiéster de los ácidos nucleicos, esdecir, rompe su estructura.

Núcleo: Órgano interno de la célula donde se encuentra el ADN; posee membra-na propia.

Nucleótido: Unidad estructural de los ácidos nucleicos; está compuesto por unabase nitrogenada (purina, A o G, o pirimidina, T, C o U), un azúcar (desoxi-ribosa o ribosa) y un grupo fosfato.

Oligonucleótico: Molécula formada por varios nucleótidos unidos.

Oncogén: Un gen que, en determinadas condiciones, hace que una célula normaladquiera una capacidad proliferativa incontrolada, convirtiéndose en una cé-lula tumoral.

PCR: Reacción en cadena de la polimerasa; se basa en sucesivos ciclos de repli-cación de una misma secuencia de ADN llevados a cabo por una ADN po-limerasa termorresistente, la Taq polimerasa, permitiendo obtener millonesde copias de dicha secuencia en muy pocas horas.

Péptido: Molécula resultante de la unión de varios aminoácidos; equivale a unaproteína de pequeño tamaño.

Plásmido: Fragmento de ADN circular que se encuentra en el interior de ciertasbacterias y posee autonomía funcional.

Plastos: Orgánulos subcelulares donde tiene lugar la fotosíntesis; están presentesen el citoplasma de las células vegetales y otras células eucariotas, y poseensu propio ADN.

Procariótico: Organismo unicelular, como las bacterias, que posee un núcleo pri-mitivo sin membrana nuclear.

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Proteína recombinante: Proteína codificada por un ADN recombinante; se obtie-ne mediante el cultivo de células en las que se ha introducido dicho ADN re-combinante.

Puente de hidrógeno: Enlace débil que se establece a través de átomos de hi-drógeno entre moléculas que poseen cargas eléctricas parciales; en los pro-cesos bioquímicos son fundamentales, entre otros, en la unión entre las doshebras complementarias de ADN y en el plegamiento de las proteínas paraadquirir su estructura tridimensional.

Queratinocito: Célula mayoritaria de la epidermis (la capa externa de la piel); po-see funciones inmunológicas produciendo citoquinas en respuesta a diver-sos estímulos.

Ratón knock-in: Animal en el que se ha introducido la función de un gen.

Ratón knock-out: Animal en el que se ha inutilizado la función de un gen.

Receptor celular: Proteína presente en la membrana celular a la que se une es-pecíficamente una molécula, su ligando (hormona, citoquina, neurotransmi-sor, etc.); la unión receptor-ligando provoca una serie de señales intracelula-res que originan cambios bioquímicos en la célula.

Replicación del ADN: Proceso por el cual una molécula de ADN da lugar a unamolécula idéntica, actuando cada hebra como molde de una nueva hebracomplementaria.

Ribozima: Molécula de ARN con actividad catalítica.

Sistema de complemento: Sistema que, como parte del sistema inmune, estácompuesto por más de 25 proteínas producidas por diferentes tipos celula-res que, activándose en cascada, son capaces de destruir (lisar) una célularecubierta de anticuerpos.

Sistémico: Que afecta a todo el organismo.

SNP (Single Nucleotide Polymorphism): Variación de un solo nucleótido en unasecuencia de ácido nucleico.

Sonda: Oligonucleótido marcado por métodos químicos o físicos que se utiliza pa-ra identificar una secuencia de ADN complementaria, presente entre otrasmuchas moléculas no complementarias.

Terapia génica somática: Introducción de material genético en una célula so-mática (las células que forman el conjunto de órganos y tejidos de un servivo, excepto aquellas llamadas germinales que dan lugar a la descenden-cia) con el fin de aliviar o corregir un defecto patológico, en contraposicióna la terapia génica embrionaria, que se realiza en células madre embriona-rias.

Traducción de ARN: Proceso que tiene lugar en el ribosoma, por el que se sinte-tiza una proteína a partir de una molécula de ARNm.

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Transcripción de ADN: Proceso por el cual se sintetiza, a partir de una secuenciade ADN, una cadena de ARN complementaria.

Transducción: Proceso por el que se transfiere al interior de la célula una señal re-cibida en el exterior, de forma que se desencadenen los efectos correspon-dientes.

Transgénico: Organismo al que se le ha incorporado artificialmente ADN a sus cé-lulas germinales para que pueda transmitirlo a la descendencia con el restode su material genético.

Vacuna: Producto inmunogénico (un microorganismo, una parte de él o un pro-ducto derivado del mismo) capaz de producir una respuesta inmune pro-tectora frente a una enfermedad.

Vector: Un agente (un virus o un pequeño fragmento de ADN llamado plásmido)que se utiliza para introducir en una célula un gen extraño o modificado.

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Anexo 3: Enlaces en la Red relacionados con la biotecnologían

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Asociaciones nacionales

Asociación Española de Bioempresas http://www.asebio.com(Asebio)

Asociación Madrileña de Bioempresas http://www.biomadrid.org(Biomadrid)

Asociación Nacional Empresarial de http://www.farmaindustria.esla Industria Farmacéutica– Farmaindustria

Sociedad Española de Biotecnología http://www.sebiot.org(Sebiot)

Asociaciones internacionales

Asociación Europea de Bioindustrias http://www.europabio.org

Emerging Biopharmaceutical Enterprises http://www.ebe-efpia.org

Federación Europea de Biotecnología http://www.efbpublic.org

Organización de la Industria http.//bio.org/Biotecnológica

Organismos nacionales

Banco Nacional de ADN http://www.bancoadn.org

Centro para el Desarrollo Tecnológico http://www.cdti.esIndustrial

Centro de Genómica y Proteómica http://www.ucm.es/info/gyp

Centro Nacional de Genotipado http://www.cegen.org

Centro de Regulación Genómica http://www.crg.es

Consejo Superior de Investigaciones http://www.csic.esCientíficas (CSIC)

Fundación Española de Ciencia y http://www.fecyt.esTecnología

Fundación Genoma España http://www.gen-es.org

Instituto de Salud Carlos III http://www.isciii.es

Instituto Nacional de Bioinformática http://www.inab.org

Instituto Nacional de Investigación y http://www.inia.esTecnología Agraria y Alimentaria (INIA)

Madri+d http://www.madrimasd.org

Parques científicos y tecnológicos

Asociación Internacional de Parques http://www.iasp.wsCientíficos

Asociación de Parques Tecnológicos y http://www.apte.orgCientíficos de España

Parque Científico de Barcelona http://www.pcb.ub.es

Parque Científico de Madrid http://www.pcm.uam.es

Organismos internacionales

Centro Nacional de Información http://www.ncbi.nlm.nih.govBiotecnológica (Estados Unidos)

Observatorio Europeo de Biotecnología http://www.biobservatory.com

Organización Europea de Biología Molecular (EMBO) http://www.embo.org

Programa de Biotecnología de la UE http://europa.eu.int/comm/biotech-nology

Proyecto Genoma Humano http://www.ornl.gov/sci/techresour-ces/Human_Genome/home.shtml

Proyecto Proteoma Humano www.hupo.org

Centros de investigación

Centro Nacional de Biotecnología (CNB) http://www.cnb.uam.es

Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) http://www.cnic.es

Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) http://www.cnio.es

CICBiogune http://www.cicbiogune.com

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Patentes

Asociación Española de Derecho de http://www.aedpi.comla Propiedad Intelectual

European Patent Office http://www.european-patent-office.org/index.en.php

Oficina Española de Patentes y Marcas http://www.oepm.es

Organización Mundial de la Propiedad http://www.wipo.intIntelectual

Textos y glosarios sobrebiotecnología

Bioinformática (curso virtual) http://bvs.isciii.es/bib-gen/Activida-des/curso_virtual/esquema.htm

Biotecnología Aplicada (National Health http://www.accessexcellence.orgMuseum) RC/AB/BA

European Initiative for Biotechnology http://www.eibe.infoEducation

Expert Reviews in Molecular Medicine http://www.expertreviews.org

Glosario de Biotecnología (Amgen) http://biotec.amgen.es/cgi-bin/wdbcgi.exe/amgen/pak_biotec.inicio

Glosario de términos genéticos http://www.genome.govsglossary.cfm

Glosario de inmunología http://www-micro.msb.le.ac.ukMBChB/ImmGloss.html

Genetic Science Learning Center http://gslc.genetics.utah.edu

239

241

Índice de tablas

1. Principales empresas farmacéuticas por cifra de ventas en 2004 21

2. Principales empresas biotecnológicas por cifra de ventas en 2004 23

3. Pipeline de las principales empresas farmacéuticas y biotecnológicas 30

4. Productos biofarmacéuticos líderes en ventas para los que se estándesarrollando biogenéricos 33

5. Productos biofarmacéuticos con patente caducada o próxima a caducar 34

6. Tipos de alteraciones del ADN que permiten realizar un test genético 62

7. Ventajas y desventajas de los tests genéticos 63

8. Principales tests genéticos comerciales utilizados en clínica 65

9. Principales tests genéticos no comerciales utilizados en clínica 66

10. Proteínas recombinantes de aplicación en salud humana aprobadas hasta agosto de 2005 75

11. Anticuerpos monoclonales aprobados para uso terapéutico 83

12. Vacunas en uso actualmente en España 93

13. Vacunas en fase de investigación/desarrollo 94

14. Oligonucleótidos antisentido en ensayos clínicos 104

15. Principales productos de ingeniería tisular en el mercado 130

16. Principales compañías que trabajan en la producción de bioproteínas en animales transgénicos 149

17. Algunas proteínas recombinantes producidas en animales transgénicos 152

18. Principales bases de datos utilizadas en biología molecular 179

19. Ventajas comparativas del uso de biosensores 184

20. Aplicaciones más importantes de los biosensores 184

21. Distribución de la edad de las empresas de biotecnología en EEUU, Canadá y la Unión Europea 217

243

Índice de figuras

1. Descripción de las diferentes etapas en el desarrollo de un fármaco, desde el descubrimiento hasta la comercialización 27

2. Inversión de las compañías farmacéuticas y biotecnológicas, y número de NME aprobadas por la FDA 30

3. Fármacos biotecnológicos en desarrollo en todo el mundo, según el tipo 32

4. (A) Evolución de las solicitudes de patentes internacionales en ciencias de la vida y biomedicina en el CSIC. (B) Evolución de contratos de explotación de resultados en el CSIC 41

5. Evolución en la Unión Europea, entre los años 2000 y 2004, de laasignación de medicamentos huérfanos 47

6. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) 61

7. Diferentes estructuras de anticuerpos 78

8. Nuevas estrategias de utilización terapéutica de los AcMo 79

9. Métodos de obtención de vacunas 87

10. Estrategias de inmunoterapia antitumoral 97

11. Proceso actual de descubrimientos de fármacos 138

12. Crecimiento de las bases de datos en biología molecular 180

13. Esquema básico del funcionamiento de un biosensor 183

14. Esquema básico de funcionamiento de un biosensor nanomecámico 189

15. Visualización de tamaños relativos desde los átomos y moléculas hasta las células 191

16. Los agentes del sistema español de innovación 201

245

Equipo de trabajo

Experto coordinador

Miguel Aracil Ávila PharmaMar (Madrid)

Expertos colaboradores

Fernando Albericio Palomeras Parque Científico y Universidad de Barcelona Jorge Alemany Herrera Cellerix (Madrid)Ramón Alonso-Allende Centro Nacional de Biotecnología - CSIC

(Madrid)Luis Álvarez-Vallina Hospital Clinico Puerta de Hierro (Madrid)Xavier Badía Health Outcomes Research Europe (Barce-

lona)Patricia Barrado Guerrero Genetrix (Madrid)Francisco Bas Vitalia Consulting (Madrid)Antonio Bernad Miana Centro Nacional de Biotecnología - CSIC

(Madrid)Sara Campiña Cot Logitest (Madrid)Elena Cebadera Miranda Clarke, Modet & Cº (Madrid)Fernando Díaz de Espada Lorenzo Hospital Clínico Puerta de Hierro (Madrid)Yolanda Echeverría Lagares Clarke, Modet & Cº (Madrid)David Elvira Health Outcomes Research Europe (Barce-

lona)Natalia Fernández-Borges Universidad Autónoma de Barcelona (Barce-

lona)Jesús Fominaya Gutiérrez Centro Nacional de Investigaciones Onco-

lógicas (Madrid)Damián García Olmo Hospital Universitario La Paz (Madrid)Eduardo Gómez Acebo Genómica, S.A.U. (Madrid)Alfonso Gutiérrez Adán Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias

- CSIC (Madrid)Ander Izeta Fundación Inbiomed (San Sebastián)Laura M. Lechuga Centro Nacional de Microelectrónica - CSIC y

Sensia, S.L. (Madrid)James Lindsay Whitton Scripps Institute (La Jolla, California)José Antonio Melero Fondevilla Instituto de Salud Carlos III (Madrid)Roberto del Navío Najeti Capital S.C.R., S.A. (Madrid)María Pascual Martínez Genetrix (Madrid)Agustín Pérez Aranda Instituto Biomar (León)Fernando Ponz Ascaso Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias

- CSIC (Madrid)Agustín Portela Moreira Agencia Española de Medicamentos y

Productos Sanitarios (Madrid)

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Domingo Represa Oficina de Transferencia Tecnológica - CSIC(Madrid)

Juan E. Riese Genómica, S.A.U. (Madrid)Fernando Rodríguez González Universidad Autónoma de BarcelonaAna Rodríguez Quesada Universidad de MálagaLuis Rupérez Cuenca PharmaMar (Madrid)Fernando Salmerón García Agencia Española de Medicamentos y Pro-

ductos Sanitarios (Madrid)Josep Samitier Martí Parque Científico y Universidad de BarcelonaCésar Trigueros Fernández Fundación Inbiomed (San Sebastián)Alfonso Valencia Herrera Centro Nacional de Biotecnología - CSIC

(Madrid)Carmen Valentín Gamazo Health Outcomes Research Europe (Barce-

lona)Montserrat Vendrell Rius Parque Científico de BarcelonaFernando Vivanco Martínez Parque Científico y Universidad Complutense

de MadridÁngel Zaballos Sanz Centro Nacional de Biotecnología - CSIC

(Madrid)Agustín Zapata González Instituto de Salud Carlos III (Madrid)

Expertos consultados

Eva Beloso FENIN (Madrid)Juan Antonio Bueren Centro de Investigaciones Energéticas, Me-

dioambientales y Tecnológicas (Madrid)José Luis García López Sociedad Española de Biotecnología y Centro

de Investigaciones Biológicas - CSIC (Madrid)Cristina Garmendia Genetrix (Madrid)Teresa Garrido Ruiz Serono España, S.A. (Madrid)Rubén Henríquez Neuropharma (Madrid)Silvia de Hoyos Berrendero Ernst & Young Abogados (Madrid)Paloma Mallorquín Esteban Fundación General Universidad Autónoma de

MadridAntonio Martínez Progenika Biopharma, S.A. (Vizcaya)María Ángeles Muñoz-Fernández Hospital General Universitario Gregorio Ma-

rañón (Madrid)María Teresa del Pozo Aragoneses Diario Médico (Madrid)Vicente Rodríguez Carro Integromics (Madrid)Bonifacio Vega García Ayuntamiento de Madrid