Un FGF-2 modificado acelera la cicatrización de las heridas

José Antonio Andrades Gómez

El proceso de cicatrización de una herida puede dividirse generalmente en tres etapas que se solapan. La primera etapa es la de inflamación, que se presenta en los tres primeros días de haberse herido el tejido; la lesión del tejido da lugar a la liberación de componentes de la sangre en la herida, que activan una cascada de formación de coágulos y proporcionan una matriz para la afluencia de células inflamatorias. La segunda etapa se inicia con la formación del tejido primario de cicatrización, que se presenta desde tres días después de haberse producido la herida a aproximadamente el décimosegundo día; se origina una población densa de fibroblastos, macrófagos, y neovasculatura embebida en una matriz holgada de colágeno, fibronectina y ácido hialurónico, es decir de matriz extracelular (MEC). La formación de nuevos vasos (angiogénesis) sobreviene por la abundante proliferación de células endoteliales en la herida, fundamental para asegurar el suministro de nutrientes y oxígeno a la zona de la lesión. Esta aportación de nutrientes es esencial para la síntesis, el depósito y la organización de la MEC [Satoh et al., Jpn. J. Pharmacol. 73: 59-71 (1997)]. La tercera etapa es la de remodelación de la MEC formada, que se extiende hasta aproximadamente seis meses después de producida la lesión; el tejido primario de cicatrización va siendo sustituido por tejido conectivo, con desvascularización y pérdida de células, fibronectina y colágeno tipo III. El tejido conectivo consta de un armazón de colágeno y fibras de elastina, que proporcionan al nuevo tejido propiedades elásticas y resistencia mecánica. Este armazón llega a saturarse luego con proteoglucanos y glucoproteínas. La remodelación implica la síntesis de nuevo colágeno (tipo I) y la degradación del colágeno viejo. El producto final de la formación y remodelación de la matriz es el tejido de la cicatriz.

A nivel bioquímico los procesos que intervienen en la cicatrización de una herida se conocen tan sólo superficialmente, aunque es evidente que, sobre el componente celular, al menos in vitro, ejercen efectos factores de crecimiento tales como el transformante-beta (TGF-), el derivado de plaquetas (PDGF), epidérmico (EGF), o fibroblástico (FGF). Este último factor es el que ocupa nuestro interés.

Los FGFs fueron aislados por primera vez en los años 70 a partir de extractos de cerebro bovino, basándose en su carácter mitogénico y angiogénico. Posteriores estudios establecieron que los FGFs constituyen una familia de veinte proteínas monoméricas estructuralmente relacionadas (peso molecular entre 16.000 y 18.000), con diversas actividades y producidas en algún momento durante el desarrollo de tejidos tales como epitelio, músculo, conectivo y nervioso. Debido a que los FGFs han perdido la secuencia del péptido señal, el cual determina en otros factores de crecimiento su secreción extracelular vía retículo endoplásmico rugoso/aparato de Golgi, se ha sugerido que su liberación fuera de la célula puede darse siguiendo una ruta exocítica independiente [Mignatti et al., J. Cell Biochem. 47: 201-207 (1991)]. Las lesiones por heridas provocan una importante liberación de FGFs, ya que la membrana plasmática de las células dañadas se vuelve permeable a moléculas grandes, permitiendo una difusión libre hacia el espacio extracelular [Mutsukrishnan et al., J. Cell Physiol. 148: 1-16 (1991)].

La forma básica del FGF (bFGF o FGF-2) es un factor de crecimiento multifuncional que ejerce una profunda influencia en la fisiología de la cicatrización de las heridas. Su modo de acción incluye la modulación de poblaciones de células madre, así como de la expresión de genes específicos que codifican para las proteínas de MEC, receptores celulares, proteasas de MEC e inhibidores de las mismas. Numerosos estudios en animales han demostrado la eficacia del FGF-2 exógeno al favorecer la cicatrización de las heridas, lo que ha llevado también a su utilización clínica, para ser empleado en las heridas que se producen como consecuencia de la práctica quirúrgica cotidiana, para la reparación ósea, así como para el tratamiento de úlceras (de piel y digestivas) y quemaduras en pacientes diabéticos, cuya velocidad de cicatrización está reducida a la mitad [Gospodarowicz et al., Endocr. Rev. 8: 95-114 (1987)]. A pesar de su gran potencia angiogénica y mitogénica, el FGF-2 se degrada rápidamente cuando se inyecta o es ingerido, llegándose a perder hasta un 99% de su actividad mitogénica en poco tiempo. En los últimos años, se han realizado estudios para preservar su actividad biológica, así como para aumentar la estabilidad proteica del FGF-2 [Edelman et al., Biomaterials 12: 619-626 (1991)].

Los estudios clínicos realizados hasta ahora, usando el FGF-2 como agente terapéutico, no han llegado muy lejos debido a la disponibilidad limitada de este factor en las cantidades que se necesitan. Se requieren grandes cantidades de FGF-2 de grado farmacéutico, es decir, de constatada eficacia y libre de contaminantes de fácil transmisión, omnipresentes en productos extraídos de animales y en particular de fuentes humanas. Por lo tanto, es deseable desarrollar mecanismos para preparar grandes cantidades de FGF-2 maduro, sintético, donde, además, se elimine cualquier posibilidad de presencia de material contaminante en el producto final. Esas dos características se consiguen a través del diseño genético y la expresión a gran escala de FGF-2 recombinante humano (rhFGF-2) en Escherichia coli, así como su purificación y renaturalización hasta alcanzar su máxima actividad biológica. De esta manera se pueden generar grandes cantidades de rhFGF-2 biológicamente activo a partir de microorganismos procariotas que, a diferencia del desarrollado en células eucariotas a partir de ARNm, donde la disponibilidad de material es el factor limitante, representan una fuente prácticamente inagotable para la expresión, síntesis y secreción de proteínas. Además, la inocuidad de la proteína sintética, frente a la obtenida de extractos de origen animal, está asegurada.

Puesto que el FGF-2 es un agente pleiotrópico, es decir, que estimula, inhibe y modula procesos celulares de manera tiempo- y dosis-dependiente, es esencial controlar su liberación en el lugar deseado y su biodisponibilidad mientras se necesite de su acción como agente terapéutico. En este sentido, nuestro grupo de investigación ha producido recientemente un rhFGF-2 cuya novedad reside en la incorporación de una secuencia aminoacídica auxiliar (correspondiente al dominio molecular modificado del factor de von Willebrand), de alta afinidad de unión específica al colágeno tipo I, que confiere al factor propiedades únicas y exclusivas [Andrades et al., Growth Factors 18: 261-275 (2001)]. De esta forma, este factor de crecimiento, que hemos llamado rhFGF-2-F2, puede ser almacenado por tiempos prolongados, y ser dirigido a dianas celulares-tisulares específicas donde se precise su actuación, controlando su liberación y preservando su estabilidad o vida media, acentuando así su potencial como agente terapéutico en la cicatrización de heridas y en otros procesos de reparación tisular. El tratamiendo de heridas cutáneas incisivas por aplicación ectópica de rhFGF-2-F2 en animales diabéticos acelera significativamente la cicatrización de las mismas, cuando se compara con la misma aplicación del factor comercial. La especial utilidad de este factor se ve reforzada aún más cuando se aplica ectópicamente mezclado con un gel de colágeno tipo I, provocando una mayor velocidad en la reparación de las heridas, reduciendo el tiempo de cicatrización en animales diabéticos, hasta llevarlo a valores comparables a los animales normales. Según los estudios realizados in vitro, podemos pensar que la secuencia aminoacídica de unión específica al colágeno estaría incorporando al rhFGF-2-F2 la capacidad de unirse específicamente al colágeno tipo I, que actuaría de carrier. Una vez que este apósito (factor + colágeno) es colocado en la herida fresca, la presencia de enzimas del tipo colagenasa, cuya aparición en los primeros días de cicatrización ha sido demostrada, ocasionaría una lenta liberación del rhFGF-2-F2 desde la matriz colagénica a la que está unido hacia el componente celular implicado en la cicatrización (células responsables de la inflamación, células endoteliales, fibroblastos encargados de sintetizar más matriz de colágeno). En este caso, el colágeno tipo I ejercería como modulador fisiológico en la liberación de la proteína hacia las células diana, consiguiéndose así una mayor y mejor disponibilidad del factor por dichas células. El hecho de que la máxima tasa de cicatrización, tanto en animales normales como diabéticos, se consiga cuando el rhFGF-2-F2 se aplica combinado con colágeno tipo I, refuerza la idea de que la secuencia polipeptídica introducida está incorporando a la proteína de fusión resultante una mayor y/o más duradera actividad biológica. Este hecho también ha sido discutido para un rhTGF-1 producido por nosotros con similares características, y empleado con éxito en la inducción condro-osteogénica [Gordon et al., Hum. Gene Ther. 8: 1385-1394 (1997); Andrades et al., Exp. Cell Res. 250: 485-498 (1999); Becerra et al., Med. Clin. 116: 23-34 (2001)]. Las posibilidades que ofrece el uso de factores de crecimiento modificados como agentes terapéuticos, suponen un avance primordial en el desarrollo de procedimientos alternativos para mejorar la capacidad de reparación tisular.

José Antonio Andrades Gómez el Profesor Asociado en el Departamento de Biología Celular y Genética de la Universidad de Málaga