El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado y adaptado este artículo de Investigación y Ciencia (marzo de 2003) para su difusión a través de FABA Informa

NICK LANE
Director de Adelphi Medi Cine, estudió bioquímica en el Colegio Imperial de la Universidad de Londres. Su investigación doctoral se concentró en los radicales libres y en la función metabólica en transplantes de órganos.

La porfiria constituye un grupo heterogéneo de trastornos afines en los cuales ciertos pigmentos llamados porfirinas se acumulan en la piel, huesos y dientes.
Mientras los científicos se esforzaban en hallar remedios para la porfiria, cayeron en la cuenta de que las porfirinas podrían no constituir solamente un problema, sino convertirse también en aliadas de la medicina. Si se inyecta porfirina en un tejido enfermo –en un tumor canceroso, por ejemplo-, la porfirina puede ser activada mediante luz con el fin de destruir ese tejido. El procedimiento se denomina terapia fotodinámica (TFD); se ha desarrollado tanto, que ha pasado de ser en los años setenta un tratamiento poco verosímil contra el cáncer a erigirse ahora en un arma perfeccionada y eficaz contra todo un abanico de trastornos, en particular para tratar la degeneración macular y la miopía patológica, dos causas corrientes de ceguera en los adultos. Entre las investigaciones en curso se encuentran posibles tratamientos para la enfermedad de las arterias coronarias, sida, trastornos autoinmunitarios, rechazo de transplantes y leucemia.

Mecanismos moleculares

Las sustancias que desempeñan un papel crucial en la porfiria y en la terapia fotodinámica, se cuentan entre las más antiguas e importantes de las moléculas biológicas. Orquestan los dos procesos críticos de generación de energía en los seres vivos: la fotosíntesis y la respiración aeróbica. Las porfirinas constituyen una familia notable de compuestos íntimamente relacionados, un curioso y colorido sistema de variaciones evolutivas sobre un mismo tema. Todas las porfirinas comparten un anillo tetrapirrólico plano (compuesto por carbono y nitrógeno) con un hueco central adecuado para que un ion metálico, de hierro o de magnesio, se alojen en él (Fig. 1).
Estos átomos metálicos, cuando están correctamente alineados en la férula de los anillos de porfirina, catalizan los procesos de generación de energía fundamentales en biología. La clorofila, el pigmento vegetal que absorbe la energía de la luz solar en la fotosíntesis, es una porfirina, como lo es el hemo, pieza clave de la molécula encargada del transporte de oxígeno -la hemoglobina- y de muchas enzimas cruciales para la vida, entre ellas, la citocromo-oxidasa (que en una etapa crítica de la respiración celular, genera energía por transferencia de electrones al oxígeno).

La porfiria resulta de una alteración del mecanismo productor de hemo en el organismo. Nuestro cuerpo sintetiza hemo y otras porfirinas en una serie de ocho estadios coordinados, catalizados cada uno por una enzima distinta. Al final, se aporta hierro para formar hemo. En la porfiria, se omite uno de los pasos, lo que produce un exceso de los compuestos intermedios generados en etapas anteriores de la secuencia. Nuestro organismo no ha evolucionado para eliminar tales metabolitos intermedios, por lo que, a menudo, los acumula en la piel. Estas sustancias intermedias no lesionan la piel directamente, pero muchas sí lo hacen por vía indirecta. Las porfirinas no metálicas (así como las metalo-porfirinas que contienen metales que no interaccionan con el anillo porfirínico) pueden resultar excitadas al recibir luz de ciertas longitudes de onda, saltando sus electrones a orbitales más energéticos. Estas moléculas pueden, entonces, transmitir su excitación a otras moléculas que posean enlaces de tipos adecuados, el oxígeno en particular, para producir oxígeno monoatómico y radicales libres, aquél y éstas muy reactivos. Dicho con otras palabras, las porfirinas no metálicas no son las agentes, sino las mediadoras de la destrucción: catalizan la síntesis de formas tóxicas del oxígeno.

Psoralenos

Las reacciones fotosensibles no son necesariamente perniciosas. Sus efectos benéficos se conocen desde la antigüedad. En particular, algunos frutos y semillas contienen psoralenos, compuestos fotosensibles (foto-sensibilizadores) que, indirectamente, llevaron a la experimentación con porfirinas. Los psoralenos se utilizaban, hace miles de años, en Egipto y en la India para el tratamiento de enfermedades de la piel. A mediados del siglo pasado los incorporó a la medicina moderna Abdel Monem El Mofty, dermatólogo de la Universidad de El Cairo; empezó a tratar a enfermos de vitíligo (trastorno que provoca la despigmentación de la piel en manchas irregulares), y más tarde, a los enfermos de psoriasis, valiéndose de psoralenos purificados y de luz. Al ser activados por la luz, los psoralenos reaccionan con el ADN de las células en proliferación, matándolas.
Aaron B. Lerner, de la Universidad de Yale, y Thomas B. Fitzpatrick, de la Universidad de Harvard, quedaron impresionados por la potencia de los psoralenos. En la década de los sesenta demostraron que los psoralenos se activaban con radiación ultravioleta (UVA); posteriormente, la terapia de psoralenos fue perfeccionada utilizando una lámpara ultravioleta parecida a la que hoy se emplea en los solarios. Su método fue conocido por la sigla PUVA (abreviatura de psoralenos con UVA) y es en la actualidad uno de los tratamientos más eficaces para la psoriasis y otras enfermedades de la piel.

¿Una forma de matar células cancerosas?

A comienzos del decenio de los setenta, el éxito de la PUVA dejó impresionado a Thomas J. Dougherty, del Instituto Roswell Park del Cáncer, en Buffalo. Se preguntó si una variante de ese tratamiento no podría ser eficaz contra el cáncer. Los psoralenos activados pueden matar células “descarriadas” y controlar la inflamación, pero no son, en comparación con las porfirinas, fotosintetizadores potentes. Si los psoralenos mataban células sueltas, ¿no podrían las porfirinas devorar tumores completos? Su idea supuso el inicio de la auténtica terapia fotodinámica, en cuya aplicación ciertos fotosintetizadores catalizan la producción de radicales libres de oxígeno. Se basó en trabajos anteriores, que revelaron dos propiedades de interés médico de las porfirinas, a saber: se acumulan selectivamente en las células cancerosas y son activadas por la luz roja, que penetra más profundamente en los tejidos biológicos que otras luces de longitud de onda más corta, como la luz azul o la UVA.
Dougherty y sus colegas publicaron sus datos en 1975, en el Journal of the National Cancer Institute. En los años siguientes refinaron su técnica utilizando un láser de baja potencia para enfocar luz roja sobre los tumores. Trataron por este método a más de 100 enfermos, entre ellos, a mujeres con cáncer de mama y a pacientes de cáncer de pulmón, de próstata y de piel. Los resultados fueron alentadores, con una “respuesta parcial o completa” en 111 de 113 tumores.
Pero el cáncer no se deja vencer tan fácilmente. Al ir aumentando el número de médicos que probaban suerte con TFD, se multiplicaron los inconvenientes. La afinidad de las porfirinas para con los tumores resultó tener algo de ilusoria, pues las porfirinas son incorporadas por cualquier tejido de crecimiento rápido, incluida la piel, lo que ocasiona fotosensibilidad. Aunque los primeros pacientes de Dougherty tuvieron sin duda cuidado de evitar el sol, alrededor del 40 por ciento de ellos sufrió quemaduras y sarpullidos en la piel en las semanas siguientes a la TFD.
Otra cuestión concernía a la potencia. Los primeros preparados de porfirinas eran mezclas; su potencia terapéutica rara vez bastaba para eliminar al tumor completo. Unas porfirinas no transmiten bien la energía al oxígeno, mientras que otras sólo se activan con luz que no puede penetrar en el tumor más allá de unos cuantos milímetros. Algunos pigmentos biológicos habituales de los tejidos, como la hemoglobina y la melanina, también absorben luz; al hacerlo, pueden impedir que la porfirina llegue a activarse. Incluso la propia porfirina puede provocar este problema si se acumula en concentraciones tan elevadas, que absorba toda la luz en las capas superficiales del tumor, impidiendo así la penetración hasta las más profundas.

Porfirinas Sintéticas

Muchas dificultades de éstas no pudieron resolverse sin el concurso de especialistas de otras disciplinas. Fueron necesarios químicos para crear porfirinas sintéticas, nuevas, de mayor selectividad respecto de los tumores y de mayor potencia, que las activaran luces cuya longitud de onda permitiera penetrar más profundamente en los tejidos y tumores. (Para cada porfirina, la absorción y la activación por luz se produce solamente a longitudes de onda- determinadas, por lo que se buscan porfirinas que presenten máximos de absorción a aquellas longitudes de onda que penetran bien en tejidos biológicos). También fue necesaria la participación de físicos para diseñar fuentes de radiación capaces de producir las luces de longitud de onda específica para activar las nuevas porfirinas, o que pudieran ser montadas en delgados endoscopios o catéteres, o incluso implantadas en tejidos. Hizo falta recurrir a farmacólogos que ideasen métodos para reducir el tiempo invertido por las porfirinas en circular a través del torrente sanguíneo, con el fin de minimizar los efectos secundarios de fotosensibilidad. Fueron precisos, por último, expertos en medicina clínica, que creasen los ensayos clínicos necesarios para demostrar un efecto y determinar los regímenes de tratamiento óptimos.
El principio activo ideal no sólo debería ser potente y selectivo hacia los tumores, sino también fragmentarse rápidamente en componentes inocuos y excretarse del organismo.
El primer fármaco fotosensibilizador que cumplió los más estrictos criterios de potencia y eficacia sin causar fotosensibilidad, la verteporfina (Visudyne), fue aprobado en abril de 2000 no para el tratamiento del cáncer, sino para evitar la ceguera. Conforme las teorías iban convergiendo con la realidad, los investigadores cayeron en la cuenta de que la TFD podría hacer algo más que destruir tumores.

Combatir la ceguera

Una de las cosas que podría hacer, por ejemplo, es combatir la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), la causa más frecuente de ceguera en la población occidental, cada vez más envejecida. La mayoría de quienes desarrollan degeneración macular padecen una forma benigna y no llegan a perder la vista, pero alrededor de la décima parte sufren de una variante mucho más agresiva, llamada DMAE húmeda. En este caso, crecen por debajo de la retina vasos sanguíneos anormales, con derrame, similares a nodos de venas varicosas, que acaban lesionando la aguda visión central necesaria para la lectura o la conducción. Con el progreso de la enfermedad, la visión central queda obliterada, lo que hace imposible reconocer los rostros de las personas o los detalles de los objetos.
Enfrentados a tan deprimente situación, investigadores de la Universidad de Harvard y de la empresa de biotecnología QLT, Inc., de Vancouver, razonaron que la TFD podría detener el crecimiento de estos vasos sanguíneos y retrasar, e incluso impedir, la ceguera. Si las porfirinas tenían la propiedad de acumularse en cualquier tejido en rápida proliferación -el problema mismo del cáncer- tal vez pudieran acumularse también en los vasos sanguíneos subyacentes a la retina.
La verteporfirina se acumula en los vasos retinianos anómalos con notable rapidez: en un plazo de unos 15 minutos de ser inyectada por vía intravenosa en el brazo. Al ser activada por luz láser roja, la verteporfirina sella los vasos, dejando a salvo la retina superyacente. Los posibles vasos que vuelvan a crecer pueden ser erradicados mediante ulteriores tratamientos. En quienes sufren la forma más agresiva de DMAE (con las lesiones más “clásicas”) la verteporfirina redujo a la mitad el riesgo de pérdida moderada o grave de la vista en un período de dos años. El efecto se mantiene por lo menos durante tres o cuatro años: los enfermos no tratados pierden tanta visión en tres meses como los tratados con verteporfirina en tres años.
Otras líneas de tratamiento: fotoangioplastia
El éxito de los tratamientos oftálmicos con TFD ha inspirado actividades investigadoras en otros campos, pero también ha puesto de relieve los inconvenientes del tratamiento. En particular, ni siquiera la luz roja penetra más de unos centímetros en los tejidos biológicos. Esta limitación amenaza la utilidad de la TFD en medicina interna: su importancia podría parecer meramente epidérmica. No obstante, existen medios de llevar la TFD hacia el interior. Una idea ingeniosa es la fotoangioplastia, aplicada ya en el tratamiento de la enfermedad de las arterias coronarias.
La angioplastia coronaria es un procedimiento apenas agresivo para el tratamiento de arterias afectadas de aterosclerosis. Se vale de un globo diminuto para aumentar la luz de la arteria, con el fin de que las placas ateroscleróticas no cieguen el vaso. La fotoangioplastia podría obviar muchos de los problemas de la angioplastia tradicional, especialmente la restenosis (reestrechamiento) de las arterias tratadas. El procedimiento consiste en inyectar una porfirina en el torrente sanguíneo, esperar a que se acumule en las paredes arteriales lesionadas e iluminar después la arteria desde su interior, utilizando una fuente minúscula de luz instalada en el extremo de un catéter. La luz activa la porfirina de las placas y provoca la destrucción de los tejidos anormales, sin afectar a las paredes sanas de la arteria.

Terapia fotodinámica e infecciones

La acumulación de porfirinas en las células activas y proliferantes suscita la posibilidad de tratamiento de otras dolencias resultantes de la activación o multiplicación celular anómala; por ejemplo, en las enfermedades infecciosas. Las tentativas de tratamiento de infecciones con los pigmentos habían fracasado por culpa de un limitado efecto sobre las bacterias gram-negativas, que están provistas de una pared celular compleja que les impide la absorción de porfirinas. Una solución consistía en ligar un polímero a la porfirina; por lo general, se emplea la polilisina, una cadena repetitiva cuyo eslabón es la lisina, un aminoácido. El polímero abre una brecha en la estructura lipídica de la pared bacteriana, franqueándoles a las porfirinas la entrada en la célula. Una vez en el interior, pueden ser activadas mediante luz para matar a la bacteria. En estudios recientes realizados sobre animales con infecciones bucales o heridas infectadas, la porfirina alterada demostró poseer una (potente actividad antimicrobiana frente a un amplio espectro de bacterias gram-negativas y gram-positivas. Al redoblarse la resistencia antibiótica, la TFD específica podría convertirse en un recurso útil para los médicos. (Ver como actua la terapia fotodinámica)

Métodos fotodínamicos e inmunidad

Diversos métodos fotodinámicos asociados se basan .en el descubrimiento de que las células inmunitarias activadas absorben mayores cantidades de fotosensibilizadores que las células inmunitarias quiescentes y los hematíes, lo que pone a las células inactivas a salvo de daños irreversibles. En las infecciones no conviene destruir células inmunitarias activas, pues, a la postre, son las responsables de la respuesta del organismo ante la infección. En estos casos, ir en contra de las células inmunitarias sería atacar a nuestras propias fuerzas, y daría rienda suelta a la infección para entrar a saquear nuestro organismo.
En el sida, sin embargo, lo contrario es cierto. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) infecta a las propias células inmunitarias. Poner la diana en las células inmunitarias infectadas sería como eliminar a los agentes dobles. En el laboratorio, las células inmunitarias infectadas por VIH incorporan porfirinas, volviéndose de este modo vulnerables a la fototerapia. El tratamiento podría aplicarse a los enfermos, bien extrayéndoles sangre, iluminándola y transfundiéndola de nuevo en el paciente (fototerapia extracorpórea), o bien iluminando su piel con luz roja, en la llamada fototerapia transdérmica. En la metodología transdérmica, la luz eliminaría de la circulación sanguínea las células inmunitarias activas conforme fueran pasando por la piel. La cuestión de si esta técnica tendrá la potencia suficiente para eliminar las células inmunitarias enfermas en los pacientes infectados por VIH está todavía sin respuesta.
Las enfermedades autoinmunitarias, el rechazo de órganos transplantados y las leucemias se encuentran enhebradas por el hilo común de la aparición de células inmunitarias activadas y proliferantes. En las enfermedades autoinmunitarias, determinados componentes de nuestro organismo provocan por error la activación de células del sistema inmunitario. Seguidamente, estos clones activados proliferan, listos para destruir el supuesto peligro; por ejemplo, la vaina de mielina en la esclerosis múltiple o el colágeno en la artritis reumatoide. En los trasplantes de órganos, las células inmunitarias activas pueden multiplicarse para rechazar el tejido foráneo: el órgano transplantado e incluso los tejidos del nuevo hospedador, en el caso de transplantes de médula ósea. En la leucemia, las células inmunitarias y sus precursoras de la médula ósea producen un gran número de células no funcionales. En todos los casos, la TFD podría eliminar las células inmunitarias indeseables, respetando al mismo tiempo las células quiescentes, con el fin de mantener una respuesta inmunitaria normal ante una infección. Lo mismo que el caso de la infección por VIH, el procedimiento podría funcionar por vía extracorpórea o transdérmica.

Gran parte de estas investigaciones se encuentran en fases preclínicas avanzadas o en de ensayo clínico inicial. En vista del gran ingenio dedicado a la exploración de posibles aplicaciones médicas, empero, sólo cabe esperar que los estudios clínicos más extensos rindan fruto.