Avances en el tratamiento de la Enfermedad de Parkinson

En 1817, James Parkinson, un médico miembro del Colegio Real de Cirujanos de Gran Bretaña, publicó Un ensayo sobre la parálisis agitante. En ese libro describe una enfermedad crónica, que progresa lentamente y se caracteriza por temblor, rigidez muscular, lentitud en los movimientos o bradicinesia, inestabilidad postural, alteración en la marcha y propensión a doblar el tronco hacia adelante. También se le asocia con depresión, ansiedad, alteraciones en la memoria, trastornos del sueño y  disminución del sentido del olfato entre otros.

Este cuadro clínico puede ser producido por múltiples factores, aunque en la mayoría de los casos se desconoce la causa que lo desencadena. Los especialistas lo conocen  como parkinsonismo o síndromes parkinsonianos secundarios, frecuentemente atribuidos al consumo de drogas, traumatismos repetidos, por ejemplo en la práctica  del boxeo, alteraciones de origen vascular que se manifiestan acompañando otras enfermedades.

Las personas afectadas por esta enfermedad presentan una deficiencia de dopamina en una zona específica del cerebro denominada sustancia negra pars compacta. Estas neuronas reciben su nombre por contener al pigmento protector neuromelanina; la pérdida de este pigmento provoca una reacción inflamatoria intensa que conduce a la muerte neuronal.

En adultos mayores, la pérdida de estas neuronas forma parte del proceso de envejecimiento; sin embargo, los médicos hablan de Enfermedad de Parkinson cuando hay una pérdida del 70 porciento de estas neuronas y causa manifestaciones limitantes.

La Organización Mundial de la Salud considera que entre el 1 y 3 por ciento de la población mundial padece la Enfermedad de Párkinson. Se sabe que sólo el 10 por ciento de los pacientes tiene una historia familiar, con un componente genético definido; en contraste, el 90 por ciento restante es de origen o causa desconocida. Para este último caso, se proponen factores ambientales como toxinas, agroquímicos, agua de pozo, estrés oxidativo y disfunción mitocondrial, entre otros.

En entrevista, la doctora Patricia Vergara Aragón, investigadora de la Facultad de Medicina de la UNAM, expresó que a casi 200 años de la publicación de Un ensayo sobre la parálisis agitante,  la ciencia médica aún no ha logrado desarrollar un tratamiento que logre la cura del padecimiento. En gran medida, se debe a que no se conocen las causas precisas que determinan la enfermedad, ni los mecanismos que la subyacen.

La clave está en la dopamina

La dopamina es un neurotransmisor ligado a diversas funciones cerebrales, que van desde la regulación de los movimientos, la marcha y del equilibrio hasta el manejo de los sistemas depresivos. La deficiencia de dopamina se relaciona con la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia, epilepsia, trastorno hiperactivo de déficit de atención, tendencia al alcoholismo y consumo de drogas. En el sistema nervioso periférico la dopamina es un modulador de la función cardiaca y renal, del tono vascular y de la motilidad gastrointestinal.

El diagnóstico de la Enfermedad de Parkinson es fundamentalmente clínico y se efectúa con base en el hallazgo de al menos 2 ó 3 de los signos cardinales, temblor, bradicinesia, rigidez, alteraciones de los reflejos de postura, y la exclusión cuidadosa de parkinsonismos secundarios o asociados a otras enfermedades neurológicas.

El pronóstico del trastorno es variable: entre el 15 y el 20 por ciento de los enfermos tiene una forma leve, con escasos síntomas y lenta evolución; del 50 al 60 porciento, presentan una forma intermedia y del 15 al 20 por ciento, presentan síntomas severos y la enfermedad progresa rápidamente.

Los tratamientos disponibles pretenden mejorar, o al menos mantener, la funcionalidad del enfermo durante el mayor tiempo posible. Éstos pueden ser de tres tipos: farmacológico, quirúrgico y rehabilitador, aunque también pueden usarse combinaciones. Los fármacos más usados son levodopa y varios agonistas de dopamina; también tienen cierta relevancia otros como la selegilina, la amantadina o la benzatropina. Entre éstos, la levodopa es el fármaco anti-parkinsoniano que reporta una mayor eficacia en la actualidad.

Para lograr una reducción en las dosis necesarias y un amortiguamiento de los efectos secundarios, la levodopa generalmente se combina con otros fármacos como carbidopa o benceracida. Los efectos secundarios incluyen náuseas, vómitos, presión arterial baja al ponerse de pie, insomnio, alucinaciones y sueños extraños.

Probablemente algunos de los efectos secundarios de la levodopa, como los vómitos, desaparezcan con el tiempo, mientras que otros pueden mejorar si se reduce la dosis o si se suministra una forma de levodopa de liberación lenta.

Cómo hacer llegar la dopamina al cerebro

La doctora Patricia Vergara, quien desde hace años trabaja en el estudio del hemiparkinsonismo inducido en ratas, buscaba una forma de administrar la dopamina directamente en el cerebro de estos animales. Lo primero que hizo, fue una búsqueda en la literatura científica para identificar qué grupos de investigación en el mundo trabajaban con dopamina y quienes desarrollaban implantes.

La especialista, pensó que a través de los implantes podría administrar la dopamina y decidió buscar en México y en especial, en el Instituto de Física de la UNAM, un grupo de investigadores cuya línea de estudio fueran las películas delgadas.

El doctor Jorge García Macedo, investigador del Instituto de Física y la doctora María Guadalupe Valverde Aguilar, quien actualmente es investigadora en el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Legaria, del Instituto Politécnico Nacional, así como su estudiante de maestría Gina Prado Prone son especialistas en ciencia de los materiales,  en particular en el proceso llamado sol-gel.

La investigadora expuso a los físicos el problema que consistía en encontrar la forma de almacenar un fármaco o un tratamiento e implantarlo en el cerebro para aminorar la sintomatología de estos pacientes con la Enfermedad de Parkinson que ya se encuentran en etapas avanzadas. Los físicos decidieron tomar el reto y empezaron a trabajar en estabilizar la dopamina.

Actualmente, en colaboración con los especialistas del Instituto de Física de la UNAM, se han desarrollado muestras de dióxido de titanio, un material que permite mejorar cada día la estabilización de la dopamina y con ello han dado un paso importantísimo para encontrar un tratamiento que resulte efectivo para tratar el hemiparkinsonismo.

Una matriz de dióxido de titanio

La especialidad de Jorge García Macedo y sus colaboradores, es la preparación de materiales mediante el proceso llamado sol-gel y su respectivo estudio. Dicho proceso sirve para preparar materiales como vidrios y cerámicos mediante el uso de reactivos líquidos para obtener después de su interacción, un sólido. Este proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente y no a altas temperaturas como las que habitualmente son necesarias para crear vidrios o cerámicas.

Una de las principales ventajas del proceso sol-gel es que, al llevarse a cabo a temperatura ambiente, en estos materiales se pueden encapsular compuestos orgánicos, como los neurotransmisores, en este caso la dopamina.

En entrevista, Jorge García Macedo, dijo que desde el principio supieron que preparar una cápsula que contuviera la dopamina para introducirla en el cerebro no iba a ser tarea sencilla, y que se dieron a la tarea de preparar los nanoreservorios pero sin saber qué tan agresivos podrían resultar al implantarse.

El especialista comentó que cuando la dopamina se maneja en el medio ambiente y en la luz se oxida rápidamente, en cuestión de minutos, y, una vez que esto pasa, ya no es activa. Explicó que la dopamina viene almacenada en un pequeño frasco al vacío y en cuanto se saca de ahí, comienza la degradación y ya no sirve, por lo que el manejo de esta sustancia fue uno de los retos de la investigación.

Para impedir que se oxide, los físicos diseñaron una matriz de dióxido de titanio, que resulta muy porosa. En estos poros, se puede mantener el fármaco sin oxidarse durante semanas.

García Macedo explicó que en el proceso sol-gel, primero se trabaja con líquidos que más adelante se vuelven sólidos. La dopamina se incorpora en el material cuando se encuentra en la fase líquida y más adelante cuando se convierte en un gel, la dopamina ya queda atrapada en los poros de la matriz.

La matriz de dióxido de titanio, se solidifica pero no es totalmente rígida sino que es un gel maleable. La matriz, tiene la apariencia de una pasta color ámbar, esta puede implantarse en el cerebro de las ratas dándole la forma que se desee. Generalmente las cápsulas son de forma cilíndrica para poder introducirla mediante una jeringa.

La física Prado Prone, quien ha trabajado en este proyecto del desarrollo de la matriz de dióxido de titanio como reservorio para la administración de dopamina, en su tesis de licenciatura y de maestría, comentó que una vez que los implantes de dióxido de titanio se encuentran en el cerebro de las ratas, la dopamina que se encuentra en los poros, sale por difusión y migra hacia la zona vecina.

Explicó que los físicos ya sabían que este tipo de materiales porosos, como la matriz de oxido de titanio, si se les coloca en una solución son capaces de absorber y que cuando se les coloca en otro lugar empiezan a soltar el material que han absorbido, por diferencias de concentración.

Lo que sucede es que si no hay suficiente concentración de dopamina en el sitio donde se colocó el implante, en este caso el cerebro de la rata, la dopamina del interior del implante comienza a ser absorbida por las neuronas que la necesitan. El implante  funciona más o menos como una esponja.

Pruebas de evaluación

Para estudiar la Enfermedad de Parkinson, la doctora Patricia Vergara, y sus estudiantes trabajan con un modelo de hemiparkinsonismo inducido en ratas de la cepa Winstar.  Esto se realiza con la micro inyección de la toxina 6-hidoxidopamina, en el cerebro de ratas mediante cirugía estereotáxica, induciendo una lesión selectiva de neuronas dopaminérgicas en la vía nigroestriatal.

Para evaluar la preferencia zurda o diestra de la rata, se aplica la tarea del cilindro, en esta tarea se evalúa el uso de las extremidades anteriores de cada animal. Las ratas se colocan  en un cilindro transparente de 20 cm de diámetro y 30 cm de altura, y los científicos cuentan el número de veces que el animal toca el cilindro con sus patas anteriores, si toca más veces con la pata delantera derecha, significa que la rata es diestra y si lo hace con la izquierda quiere decir que es zurda. Los investigadores observan en el registro qué pata utiliza más la rata si la derecha o la izquierda y la lesión se realiza en el hemisferio contralateral a la pata preferente de la rata.

La doctora Vergara, explicó que, con este modelo animal, es muy fácil evaluar la mejoría de las ratas cuando se aplican los diferentes tratamientos como los implantes de dióxido de titanio y los procesos de rehabilitación.

Todos los registros de conducta grabados y el video-registro se analiza en cámara lenta. En una prueba conocida como prueba de giro inducido, los animales son inyectados con apomorfina y enseguida, se colocan individualmente en un cilindro transparente. Durante 50 minutos, se cuantifica el número de giros contralaterales que la rata realice sobre su propio eje, este  número de giros se determina con ayuda de un girómetro y los resultados son expresados como número de giros por minuto. Se compara el sitio sano contra el sitio lesionado.

Implantes en el cerebro

Los implantes de dióxido de titano que son nanoreservorios de dopamina, diseñados en el Instituto de Física de la UNAM, se colocan en el cerebro de ratas con el hemiparkinsonismo inducido.

En una rata con la vía nigroestriatal ya lesionada, los investigadores introducen el implante en una zona del cerebro que se llama núcleo caudado. La doctora Patricia Vergara relata que al principio, realizaron pruebas dosis respuesta, hasta que encontraron la dosis ideal, que debían administrar a las ratas para revertir o disminuir las alteraciones motoras que presentaban.

Leonardo Eduardo Domínguez Marrufo, estudiante de la doctora Patricia Vergara, observó que las ratas que tenían el implante con la dosis más baja de dopamina se recuperaban más rápido y por más tiempo que las ratas que tenían implantes con dosis mayores de dopamina.

Para probar la efectividad de los implantes se realizan pruebas  conductuales antes de la lesión, posteriores a la lesión y después de haberles colocado el implante. 
Para evaluar la motricidad fina, se realiza un análisis detallado de los movimientos que realiza la rata en una tarea de “alcance”. La tarea consiste en que después de un entrenamiento durante tres a cuatro semanas, los animales aprenden a utilizar una de sus patas anteriores, derecha o izquierda, para obtener alimento. 

La realización de la tarea per sé consiste describir y analizar una secuencia de movimientos en la rata que van desde la valoración de la postura corporal, el acercamiento de la extremidad hacia el alimento, la pronación, es decir el movimiento de la pata con el dorso hacia arriba sobre el alimento para tomarlo, supinación de la pata, es decir el movimiento en el que gira su pata para colocarla con el dorso hacia abajo, durante el retiro de la extremidad con el alimento antes de que este sea presentado en la boca y liberado ahí.

Los investigadores han observado que cuando la rata ya se ha rehabilitado con el implante puede volver a tomar nuevamente su alimento como lo hacía antes de ser lesionada, aunque su movimiento no es tan perfecto y natural.

Patricia Vergara comentó que 3 meses después de implantar el reservorio con dopamina, sus estudiantes notaron que el implante perdía efectividad, esto les hizo pensar que probablemente la dopamina se había terminado o se había oxidado y decidieron volver a operar a la misma rata y ponerle otro implante. Como resultado la rata se recuperó nuevamente del hemiparkinsonismo, esto les sugirió que efectivamente la dopamina se estaba liberando y que los implantes realmente funcionaban.

Ensayos clínicos a futuro

La especialista señaló que hasta ahora ya se han hecho numerosas pruebas en modelos animales.  El grupo de científicos estima que si los implantes son seguros para utilizarse en humanos, habrán encontrado un tratamiento efectivo cuando hay disminución de dopamina.

Más tarde los animales son sacrificados para que Irma Elena López Martínez, Beatríz Hernández Téllez e Ivone Sánchez Cervantes, personal especializado del departamento de Biología Celular y Tisular, realicen el análisis inmunohistoquímico en los cerebros de las ratas que han participado en el proyecto.

Algunas de las ratas utilizadas en el estudio, ya tienen más de siete meses con el implante, y pronto se van a sacrificar para analizar sus cerebros. Una vez que los estudios hayan concluido y se haya comprobado que el implante no causa ningún daño, estará listo para ser patentado.

Por otro lado, los físicos aún no han optimizado el material para tener más o menos porosidad o concentración, por lo que aún quedan oportunidades para mejorarlo. Una de las cosas que buscarán hacer en el futuro es lograr la estabilización de la dopamina por más tiempo.

Hasta ahora, se ignora cuánto tiempo tarda la cápsula en liberar toda la dopamina que contiene, por lo que los físicos consideran que sería muy importante hacer estudios de la concentraciones de dopamina en los tejidos periféricos al implante y también más adelante hacer mas estudios en animales superiores.

Para que estas investigaciones se realicen en especies superiores y eventualmente se aplique en humanos, se requieren más experimentos y cumplir los protocolos correspondientes. Esto implica contar con un buen financiamiento. Por ello estos investigadores invitan a las empresas farmacéuticas, comercializadoras, públicas o privadas, que quieran invertir en esto que se acerquen en busca de desarrollar una innovación conjunta.

Los especialistas en materiales comentaron que sus estudios se están extendiendo y actualmente tienen un convenio de colaboración con la Universidad de California en los Ángeles, en donde se quiere utilizar materiales similares en forma de cápsulas nanométricas, para llevar los fármacos de forma controlada a donde estén las lesiones y ahí liberarlos también de forma controlada.

La idea sería hacer reservorios esféricos nanométricos para medicamentos y llevar las esferas hasta el sitio de la lesión y ahí abrirlas para que liberen el fármaco. Estos sistemas tendrían la ventaja de que mientras viajan en el torrente sanguíneo no producen ningún efecto secundario. Jorge García comentó que estos sistemas podrían utilizarse para tratar no sólo la Enfermedad de Parkinson sino otras muy agresivas como el cáncer de páncreas.