Las vacunas del futuro
En la Semana de la Vacunación en las Américas, un investigador de la UNL explica los avances en el diseño racional de vacunas que sean capaces de combatir enfermedades como el Chagas, el HIV o la malaria.
En la Semana de la Vacunación en las Américas, un investigador de la UNL explica los avances en el diseño racional de vacunas que sean capaces de combatir enfermedades como el Chagas, el HIV o la malaria.
En 1943, en plena guerra mundial, Estados Unidos lanzó un corto animado producido por los estudios Disney llamado “La defensa contra la invasión”, con el fin de promover la vacunación infantil. Influida por la estética de la guerra y con música de suspenso de fondo, la campaña presentaba “el arma más poderosa contra las enfermedades que la ciencia puede ofrecer”, que tras unos momentos de misterio, resultaba ser una inmensa aguja que contenía “pequeños hombrecitos inofensivos llamados anticuerpos”.
Aunque el mensaje del corto sigue vigente, porque las vacunas son aun la estrategia médica que más vidas salva en el mundo, hay varias cosas que cambiaron desde que hace un siglo se conoció la función de los hombrecitos inofensivos. “En los últimos 20 años, el desarrollo de la biología en general y de inmunología en particular fue exponencial y hoy se conocen con detalle muchos mecanismos que le permiten a nuestro organismo defenderse contra las infecciones”, explica Iván Marcipar, docente de la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB) de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) e investigador del CONICET quien se encuentra trabajando en el desarrollo de un prototipo de vacuna para el control del mal de Chagas en el Laboratorio de Tecnología Inmunológica de la FBCB. “La secuenciación del genoma humano y de ciertos microorganismos, y el desarrollo de todo tipo de herramientas que permiten la manipulación genética, son conocimientos que pueden ser usados para idear vacunas en forma racional, logrando desarrollos que de otro modo ni siquiera se nos ocurrirían”, agrega.
Desde microorganismos atenuados a la ingeniería genética Las vacunas son sustancias formadas por un microorganismo atenuado o muerto (o fracciones del mismo) denominado antígeno, capaz de producir una respuesta inmune frente a dicho microorganismo virulento, llamado patógeno.
Si bien hubo intentos exitosos de desarrollar vacunas contra ciertas enfermedades, por ejemplo la viruela, no fue hasta la investigación de Luis Pasteur a fines del siglo XIX que se avanzó en la inoculación de microorganismos atenuados para generar anticuerpos.
“La idea que acompañaba los desarrollos en aquella época era que los microorganismos infecciosos, cuando se debilitan en su virulencia, pueden ser inoculados generando un efecto protectivo en la persona vacunada”, explica Marcipar, destacando que esas pruebas se hicieron ignorando cuestiones básicas, como la existencia de anticuerpos o el rol de los glóbulos blancos en todo el proceso de defensa inmunológica.
En el siglo XX el avance en el campo de las vacunas fue imparable. En pocos años se descubrió la existencia de los virus y se avanzó en el conocimiento de las reacciones de defensa inmunológica del organismo. En la década de 1940 se encontró la forma de cultivar virus sin usar animales, acelerando el desarrollo de vacunas. “Gracias a todos estos descubrimientos, durante la primera mitad del siglo XX ya se habían desarrollado vacunas contra muchas de las pandemias más importantes que hasta ese momento habían afectado a la humanidad”, explica el investigador.
“Sin embargo, muchos microorganismos y virus generan infecciones aún más complejas y no permiten vislumbrar todavía una vacuna. Así pasa, por ejemplo, con los parásitos como los que producen el Chagas, la leishmaniasis o el virus que produce el SIDA”.
Para ese tipo de enfermedades, que desafían las respuestas típicas del organismo, los investigadores están trabajando en lo que se denomina “vacunas de última generación”, que hacen uso de todo el menú de opciones tecnológicas que hoy existen.
Genes, algoritmos y ética
Las vacunas de última generación son tan variadas como la creatividad de los científicos. Hay quienes trabajan desde el campo de la biología sintética, es decir, generando en laboratorio la secuencia aminoacídica de los antígenos procedentes de patógenos, como en el caso de la Malaria; otros desarrollan esas proteínas antigénicas para incorporarlas a plantas u otros alimentos comestibles y evitar pasar por los vacunatorios; muchos otros aplican técnicas genéticas para modificar el ADN de los virus, bacterias o parásitos.
Una estrategia muy utilizada en la actualidad es hacer uso de la informática para desarrollar vacunas. Marcipar dice que para la mayoría de los microorganismos infecciosos se han secuenciado los genomas completos y depositado en bases de datos lo que permite, por ejemplo, buscar sólo aquellos genes que se expresan en superficie y que sean factibles de participar de la invasión de los microorganismos. “Muchos de esos genes quizás son importantes para los microorganismos pero no se expresan en las condiciones de cultivo del laboratorio, por lo que no habrían podido ser descubiertos por las técnicas convencionales, pero sí se identifican mediante estas nuevas técnicas. Usando de nuevo algoritmos bioinformáticos, se puede buscar entre esos genes sólo las fracciones de proteínas que generan una respuesta inmunológica en humanos y disponer de un número de moléculas reducidas para testear en el laboratorio”.
Si se analiza el número de vacunas que anualmente son aprobadas para ser usadas en humanos, tanto las realizadas con el método tradicional como las que utilizan tecnología de última generación, puede notarse que aún con la sofisticación de tecnologías disponibles y de la cantidad de investigadores que trabajan en el tema, no hay una aceleración correlativa en el desarrollo de las vacunas.
Según Marcipar, una de las principales falencias que aún existe para los desarrolladores de vacunas es que en muchos casos no se conocen todos los mecanismos que hacen que una vacuna sea efectiva. “Pueden determinarse elementos de la respuesta inmune necesarios pero quizás no suficientes para prever una respuesta efectiva. Entonces, al desarrollar una vacuna, el investigador no conoce todas las respuestas del sistema inmunológico que debe investigar porque ignora muchas de las que son necesarias para que la vacuna funcione”. Esto es particularmente cierto para las infecciones crónicas como el HIV para las cuales el sistema inmunológico humano no tiene una respuesta efectiva y la vacuna desarrollada no debería imitar las defensas que naturalmente se desarrollan sino que debería permitir al organismo una estrategia totalmente nueva de defensa. Esto es justamente lo que miles de investigadores están buscando en todo el mundo.
Lo que falta conocer
Como ejemplo de todo lo que falta conocer para lograr mejores desarrollos, menciona a la vacuna contra la fiebre amarilla, que a pesar de ser una de las más eficaces existentes, todavía no se pudo determinar completamente su modo de acción, lo cual ayudaría a diseñar nuevas vacunas tan efectivas como esa. “La dificultad de hacerlo es que se deberían tomar grandes poblaciones y analizar vacunados y no vacunados y analizar la mayor cantidad de los elementos que constituyen las líneas de defensa contra las infecciones”. Este tipo de proyectos son extremadamente caros y presentan también dilemas éticos al trabajar con modelos que deben incluir humanos.
Una iniciativa global en este sentido, es la que el investigador menciona para el HIV. “Existe lo que se llama el Human Vaccine Project que contempla hacer consorcios de investigadores que trabajan en vacunas y con pacientes, destinados a juntar toda la información”. Sería un proyecto similar al del Genoma Humano, pero que todavía está en una fase de planificación.
Aunque la ciencia proporciona cada vez más herramientas, las vacunas que faltan desarrollar son justamente las más difíciles de lograr y por eso aun no existen. Si bien Marcipar es cauto a la hora de hablar del futuro de las vacunas, cree que a mediano y largo plazo el avance del conocimiento va a reflejarse en un salto cualitativo en lo relativo a la obtención de nuevas vacunas.
“Es evidente que falta conocer muchísimo sobre la biología de los microorganismos y sobre nuestras defensas para poder diseñar vacunas en forma completamente racional o al menos más racional de lo que podemos hacerlo hoy en día. Adquirir estos conocimientos y hacerlo gracias a las nuevas tecnologías permitiría hacer vacunas a la carta. Pero no se avanza tan rápido como quisiéramos ya que todavía no podemos ir a comprar a la farmacia todas las vacunas que necesitamos. Sin embargo, para los que trabajamos en el laboratorio y seguimos la bibliografía especializada, es evidente que cada día hay logros en el campo de las vacunas.”
En 1943, en plena guerra mundial, Estados Unidos lanzó un corto animado producido por los estudios Disney llamado “La defensa contra la invasión”, con el fin de promover la vacunación infantil. Influida por la estética de la guerra y con música de suspenso de fondo, la campaña presentaba “el arma más poderosa contra las enfermedades que la ciencia puede ofrecer”, que tras unos momentos de misterio, resultaba ser una inmensa aguja que contenía “pequeños hombrecitos inofensivos llamados anticuerpos”.
Aunque el mensaje del corto sigue vigente, porque las vacunas son aun la estrategia médica que más vidas salva en el mundo, hay varias cosas que cambiaron desde que hace un siglo se conoció la función de los hombrecitos inofensivos. “En los últimos 20 años, el desarrollo de la biología en general y de inmunología en particular fue exponencial y hoy se conocen con detalle muchos mecanismos que le permiten a nuestro organismo defenderse contra las infecciones”, explica Iván Marcipar, docente de la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB) de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) e investigador del CONICET quien se encuentra trabajando en el desarrollo de un prototipo de vacuna para el control del mal de Chagas en el Laboratorio de Tecnología Inmunológica de la FBCB. “La secuenciación del genoma humano y de ciertos microorganismos, y el desarrollo de todo tipo de herramientas que permiten la manipulación genética, son conocimientos que pueden ser usados para idear vacunas en forma racional, logrando desarrollos que de otro modo ni siquiera se nos ocurrirían”, agrega.
Desde microorganismos atenuados a la ingeniería genética Las vacunas son sustancias formadas por un microorganismo atenuado o muerto (o fracciones del mismo) denominado antígeno, capaz de producir una respuesta inmune frente a dicho microorganismo virulento, llamado patógeno.
Si bien hubo intentos exitosos de desarrollar vacunas contra ciertas enfermedades, por ejemplo la viruela, no fue hasta la investigación de Luis Pasteur a fines del siglo XIX que se avanzó en la inoculación de microorganismos atenuados para generar anticuerpos.
“La idea que acompañaba los desarrollos en aquella época era que los microorganismos infecciosos, cuando se debilitan en su virulencia, pueden ser inoculados generando un efecto protectivo en la persona vacunada”, explica Marcipar, destacando que esas pruebas se hicieron ignorando cuestiones básicas, como la existencia de anticuerpos o el rol de los glóbulos blancos en todo el proceso de defensa inmunológica.
En el siglo XX el avance en el campo de las vacunas fue imparable. En pocos años se descubrió la existencia de los virus y se avanzó en el conocimiento de las reacciones de defensa inmunológica del organismo. En la década de 1940 se encontró la forma de cultivar virus sin usar animales, acelerando el desarrollo de vacunas. “Gracias a todos estos descubrimientos, durante la primera mitad del siglo XX ya se habían desarrollado vacunas contra muchas de las pandemias más importantes que hasta ese momento habían afectado a la humanidad”, explica el investigador.
“Sin embargo, muchos microorganismos y virus generan infecciones aún más complejas y no permiten vislumbrar todavía una vacuna. Así pasa, por ejemplo, con los parásitos como los que producen el Chagas, la leishmaniasis o el virus que produce el SIDA”.
Para ese tipo de enfermedades, que desafían las respuestas típicas del organismo, los investigadores están trabajando en lo que se denomina “vacunas de última generación”, que hacen uso de todo el menú de opciones tecnológicas que hoy existen.
Genes, algoritmos y ética
Las vacunas de última generación son tan variadas como la creatividad de los científicos. Hay quienes trabajan desde el campo de la biología sintética, es decir, generando en laboratorio la secuencia aminoacídica de los antígenos procedentes de patógenos, como en el caso de la Malaria; otros desarrollan esas proteínas antigénicas para incorporarlas a plantas u otros alimentos comestibles y evitar pasar por los vacunatorios; muchos otros aplican técnicas genéticas para modificar el ADN de los virus, bacterias o parásitos.
Una estrategia muy utilizada en la actualidad es hacer uso de la informática para desarrollar vacunas. Marcipar dice que para la mayoría de los microorganismos infecciosos se han secuenciado los genomas completos y depositado en bases de datos lo que permite, por ejemplo, buscar sólo aquellos genes que se expresan en superficie y que sean factibles de participar de la invasión de los microorganismos. “Muchos de esos genes quizás son importantes para los microorganismos pero no se expresan en las condiciones de cultivo del laboratorio, por lo que no habrían podido ser descubiertos por las técnicas convencionales, pero sí se identifican mediante estas nuevas técnicas. Usando de nuevo algoritmos bioinformáticos, se puede buscar entre esos genes sólo las fracciones de proteínas que generan una respuesta inmunológica en humanos y disponer de un número de moléculas reducidas para testear en el laboratorio”.
Si se analiza el número de vacunas que anualmente son aprobadas para ser usadas en humanos, tanto las realizadas con el método tradicional como las que utilizan tecnología de última generación, puede notarse que aún con la sofisticación de tecnologías disponibles y de la cantidad de investigadores que trabajan en el tema, no hay una aceleración correlativa en el desarrollo de las vacunas.
Según Marcipar, una de las principales falencias que aún existe para los desarrolladores de vacunas es que en muchos casos no se conocen todos los mecanismos que hacen que una vacuna sea efectiva. “Pueden determinarse elementos de la respuesta inmune necesarios pero quizás no suficientes para prever una respuesta efectiva. Entonces, al desarrollar una vacuna, el investigador no conoce todas las respuestas del sistema inmunológico que debe investigar porque ignora muchas de las que son necesarias para que la vacuna funcione”. Esto es particularmente cierto para las infecciones crónicas como el HIV para las cuales el sistema inmunológico humano no tiene una respuesta efectiva y la vacuna desarrollada no debería imitar las defensas que naturalmente se desarrollan sino que debería permitir al organismo una estrategia totalmente nueva de defensa. Esto es justamente lo que miles de investigadores están buscando en todo el mundo.
Lo que falta conocer
Como ejemplo de todo lo que falta conocer para lograr mejores desarrollos, menciona a la vacuna contra la fiebre amarilla, que a pesar de ser una de las más eficaces existentes, todavía no se pudo determinar completamente su modo de acción, lo cual ayudaría a diseñar nuevas vacunas tan efectivas como esa. “La dificultad de hacerlo es que se deberían tomar grandes poblaciones y analizar vacunados y no vacunados y analizar la mayor cantidad de los elementos que constituyen las líneas de defensa contra las infecciones”. Este tipo de proyectos son extremadamente caros y presentan también dilemas éticos al trabajar con modelos que deben incluir humanos.
Una iniciativa global en este sentido, es la que el investigador menciona para el HIV. “Existe lo que se llama el Human Vaccine Project que contempla hacer consorcios de investigadores que trabajan en vacunas y con pacientes, destinados a juntar toda la información”. Sería un proyecto similar al del Genoma Humano, pero que todavía está en una fase de planificación.
Aunque la ciencia proporciona cada vez más herramientas, las vacunas que faltan desarrollar son justamente las más difíciles de lograr y por eso aun no existen. Si bien Marcipar es cauto a la hora de hablar del futuro de las vacunas, cree que a mediano y largo plazo el avance del conocimiento va a reflejarse en un salto cualitativo en lo relativo a la obtención de nuevas vacunas.
“Es evidente que falta conocer muchísimo sobre la biología de los microorganismos y sobre nuestras defensas para poder diseñar vacunas en forma completamente racional o al menos más racional de lo que podemos hacerlo hoy en día. Adquirir estos conocimientos y hacerlo gracias a las nuevas tecnologías permitiría hacer vacunas a la carta. Pero no se avanza tan rápido como quisiéramos ya que todavía no podemos ir a comprar a la farmacia todas las vacunas que necesitamos. Sin embargo, para los que trabajamos en el laboratorio y seguimos la bibliografía especializada, es evidente que cada día hay logros en el campo de las vacunas.”
