- La investigación sobre prurito, basófilos e ILC2s alguna vez pareció tener poca relevancia clínica, pero terminó convirtiéndose en una ruta que llevó al desarrollo de inhibidores de JAK y fármacos aprobados por la FDA
- Al principio, la translational research se entendía como una transferencia unidireccional que llevaba estudios celulares y animales hacia humanos, y en ese entonces era difícil extraer biología profunda de tejidos humanos
- Después del high-throughput y del single-cell sequencing, crecieron la importancia de la validación en muestras humanas y de los estudios first-in-human, pero la crítica de que “el ratón es un modelo incierto de la enfermedad X” también se volvió una retórica que debilitaba la investigación animal
- Los ratones creados a partir de la observación de pacientes con JAK1 gain-of-function reprodujeron la inflamación cutánea, pero no mostraron asma; solo después de la exposición a Alternaria alternata aumentó su susceptibilidad a la inflamación pulmonar alérgica
- JAK1 promueve la inflamación en las células inmunes, pero en las neuronas sensoriales del pulmón confiere un programa antiinflamatorio, lo que sugiere que fijar demasiado los límites entre campo, modelo e hipótesis puede restringir los descubrimientos
Una ruta atípica que comenzó con la investigación sobre el prurito
- Hace 10 años, muchos médicos y científicos consideraban el prurito como una sensación menor, y durante una postdoctoral fellowship se decía que los basófilos y las ILC2s eran células residuales sin significado clínico
- La investigación confirmó la presencia de basófilos y de group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) en piel humana, y los vinculó con la atopic dermatitis (AD)
- La AD se consideraba una enfermedad demasiado compleja para una terapia dirigida, pero más adelante el laboratorio publicó estudios que mostraban que los inhibidores de Janus kinase (JAK) producían un efecto antipruriginoso distintivo
- Ese trabajo llevó a una nueva patente de uso para el prurito y sirvió de base para diseñar varios ensayos clínicos aleatorizados relacionados con fármacos aprobados por la FDA first-in-class para AD y otras enfermedades pruriginosas menos conocidas
Cambio de percepción sobre la translational research
- Al inicio de la carrera científica, los NIH definían la translational research en dos categorías
- T1: transferencia de conocimiento de la investigación básica a la investigación clínica
- T2: transferencia de conocimiento de la investigación clínica a la práctica real
- Esa definición hacía parecer que la translational science solo tenía valor como una transferencia unidireccional de innovación desde células o animales hacia humanos
- En ese momento, para algunos investigadores orientados a la ciencia pura, “translational” se entendía casi como una palabra que insinuaba impureza, menor rigor y falta de comprensión mecanística
- Hace 25 años, antes de la llegada de tecnologías como high-throughput sequencing y single-cell sequencing, era difícil extraer profundidad biológica de tejidos humanos primarios
- También aumentaba la preocupación de que, mientras más se integraran estudios en humanos con estudios en ratones, más podían parecer trabajos técnicos o descriptivos
El ascenso de la validación humana y las críticas a los modelos animales
- Con la aparición de nuevas tecnologías en primer plano, el estatus de la translational science cambió rápidamente, y en artículos de alto impacto la validación en muestras humanas pasó a ser casi un requisito
- Los estudios first-in-human se convirtieron en una forma poderosa de llegar rápidamente a la frontera del campo
- “biomarker” y “biobank” empezaron a usarse como palabras clave en solicitudes de financiamiento para insinuar relevancia
- En las revisiones de los NIH, decir que “el ratón es un modelo incierto de la enfermedad X” se volvió una crítica común para debilitar una propuesta
- Así como antes incomodaba la retórica negativa contra el translational work, después apareció una nueva retórica negativa en torno a la investigación animal
Desde la observación de pacientes con JAK1 hasta un ratón creado por accidente
- El laboratorio continuó en paralelo con estudios en ratones y exploraciones translational en humanos
- En 2017, tras confirmar que JAK1 en las neuronas sensoriales era un mediador importante del prurito, Stuart Turvey informó sobre la primera variante germline JAK1 gain-of-function (GoF) hallada en pacientes
- JAK1 funciona dentro de las células inmunes como una vía principal para múltiples señales de cytokines
- Esos pacientes mostraban patología inflamatoria multisistémica, incluyendo enfermedades como AD grave, asthma y food allergy
- Los niños con la variante JAK1 GoF no respondían en el prurito ni siquiera a altas dosis de steroid, pero por primera vez el prurito mejoró tras administrar ruxolitinib oral, que inhibe JAK1/JAK2
- Esa observación en pacientes, junto con los resultados en ratones, mostró que JAK1 podía ser un impulsor importante del prurito en el sistema nervioso de los pacientes
Un modelo sin hipótesis y un fenotipo que no encajaba
- Se decidió crear ratones que expresaran de forma condicional la mutación exacta de JAK1 encontrada en pacientes, pero no había una hipótesis clara
- Originalmente se buscaba introducir la variante humana JAK1 GoF solo en nervios sensoriales, pero por un malentendido se generaron ratones en los que la mutación se expresaba en forma germline, como en los pacientes
- Estos ratones mostraron espontáneamente inflamación cutánea similar a la AD, como los pacientes, pero a diferencia de los niños no desarrollaron asthma
- El laboratorio llegó a la conclusión de que “los humanos son un modelo incierto de la enfermedad en ratones”
- Había muchas razones para abandonar el proyecto —un ratón mal diseñado, una hipótesis poco clara y un fenotipo que no coincidía—, pero dentro de esa confusión emergió un nuevo mecanismo neuroinmune pulmonar
La interacción gen-ambiente revelada por un alérgeno ambiental
- Para que los ratones mostraran una enfermedad similar al asthma, era necesaria la exposición a un alérgeno
- Se planteó que una diferencia importante entre los ratones de laboratorio y los humanos era que los ratones de laboratorio casi no están expuestos a alérgenos ambientales
- Al desafiar a los ratones con Alternaria alternata, un alérgeno relacionado con asthma, los ratones JAK1 GoF mostraron una mayor susceptibilidad a la inflamación pulmonar alérgica
- El resultado encajó con el escenario clásico en el que genes y ambiente interactúan para producir el fenotipo clínico
- Al profundizar más allá de ese punto, se hizo evidente que JAK1 tenía funciones distintas según el tipo celular
La función opuesta de JAK1 en las neuronas sensoriales pulmonares
- Uno de los supuestos centrales de la inmunología es que, para que los cytokines ejerzan efectos en tejidos epiteliales o estromales como el pulmón, muchas veces dependen de la señalización JAK downstream
- Como en los ratones germline JAK1 GoF la señalización de JAK1 estaba aumentada en todas las células, surgió la pregunta de si la señal exagerada de JAK1 en las células inmunes era realmente necesaria
- Para ponerlo a prueba, se generaron bone marrow chimeric mice en los que las células epiteliales y estromales tenían la mutación JAK1 GoF, mientras que las células inmunes conservaban la variante wild-type
- El resultado fue contrario a lo esperado
- Las células inmunes no fueron reclutadas
- La activación de JAK1 en el pulmón más bien suprimía el reclutamiento de células inmunes
- Tras cerca de un año de confusión al interpretar los resultados, se llegó a la conclusión de que la activación de JAK1 es proinflamatoria en las células inmunes, pero en las neuronas sensoriales que inervan el pulmón confiere un programa antiinflamatorio
- JAK1 también cumple dentro del sistema nervioso una función totalmente distinta de mantenimiento del equilibrio del sistema inmune
Cuando los campos y las definiciones limitan la dirección de la investigación
- Esta trayectoria de investigación no avanzó de bench to bedside, sino que comenzó con observaciones en humanos, luego creó sin intención un modelo de enfermedad en ratón sin datos previos, y después regresó a buscar el mecanismo
- En el punto de partida no se podía decir con claridad cuál sería la innovación o el impacto, ni siquiera en qué órgano aparecería el resultado
- La investigación se extendió mucho más allá del alcance original del grant y fue en sentido contrario a lo que normalmente se enseña evitar en una propuesta de translational research
- No fijar distinciones como basic vs. translational researcher, hypothesis-driven vs. exploratory, immunologist vs. neuroscientist, allergist vs. dermatologist, itch vs. inborn error of immunity fue lo que hizo posible un descubrimiento interdisciplinario
- Discipline, field y model son marcos conceptuales útiles, pero si impiden pensar en grande, deben ser ignorados de forma constante
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Me pregunto si hay algún enlace donde se pueda ver el texto completo sin pagar
Después de hacer clic en el enlace del comentario principal, pueden buscar el artículo con el DOI
10.1016/j.cell.2024.08.006Es muy posible que el primer lugar donde la ingeniería de tejidos se use de forma amplia, y quizá el único donde se use lo suficiente, no sea en áreas vistosas como cultivar órganos para trasplantes o carne cultivada en laboratorio, sino en producir en masa cortes de hígado para cribado toxicológico farmacéutico
Incluso dejando totalmente de lado el tema de los derechos animales, seguimos matando ratones y gastando demasiado tiempo y dinero sabiendo que apenas sirven como modelos toxicológicos aceptables
Si pudiéramos llenar un laboratorio con biorreactores de flujo continuo para cultivar cortes de hígado, obtendríamos resultados más rápido, con mucho menos tiempo y costo, y además con mucha más precisión
Es realmente difícil equilibrar seguridad e innovación en la salud humana
No tanto como una crítica a la FDA, sino más bien como un hecho que muestra al mismo tiempo la dificultad y la oportunidad
Algunos alimentos que los humanos consumen sin problema pueden ser tóxicos o dañinos para los ratones porque su respuesta a compuestos clave es distinta. Ejemplos comunes son la teobromina del chocolate, la cafeína del café y la capsaicina de los chiles
Es mucho más pequeña y tiene menos apoyo que aquello que intenta regular, y además es conocido el problema de la puerta giratoria entre agencias federales y empresas privadas. Esa misión aparentemente natural de que una sola agencia regule alimentos y medicamentos ya no parece tener sentido en el entorno social y político actual
La premisa es interesante, pero en el teléfono solo puedo leer el resumen. Me pregunto qué significa aquí itch y si hay una versión más resumida del contenido
La idea principal del artículo es que, con un trasfondo genético similar al humano, los ratones diseñados para desarrollar asma no la desarrollaron. La razón fue que el entorno de laboratorio era demasiado limpio y no estaban expuestos a alérgenos; cuando se les administraron alérgenos, desarrollaron asma tal como se esperaba
En este caso, los humanos terminan siendo un modelo inestable de las enfermedades de los ratones. Los humanos viven en entornos muy diversos y sucios, y según el genotipo pueden estar expuestos a condiciones ambientales que inducen determinados fenotipos. Si en el laboratorio solo modelas el genotipo sin entender ese trasfondo ambiental, puede que no aparezca el fenotipo esperado para ese genotipo
Es un artículo interesante si puedes ver el texto completo. Tiene varias observaciones interesantes y sensatas sobre lo que implica hacer investigación biomédica, y destaca especialmente una frase que no esperarías solo por el título
“Una forma común de arruinar una solicitud de financiamiento ante un panel de revisión de los NIH es proponer que ‘los ratones no son un modelo confiable de la enfermedad X’”. En la práctica, la mayoría de los científicos que afirman con seguridad que los ratones no son un buen modelo de X o Y no saben lo suficiente sobre genética y biología del ratón como para juzgar un tema tan complejo
Por razones con ventajas y desventajas, la mayor parte de la investigación biomédica con ratones, probablemente más del 90%, se realiza con una sola línea completamente endogámica de ratón: C57BL/6, o B6 para abreviar. Casi todos los ratones knockout y transgénicos son variantes B6, y también fue la primera línea cuyo genoma se secuenció. La ventaja es la uniformidad genética, y la desventaja también es la uniformidad genética
Como dice Kim, cuando alguien afirma que “los ratones no son un modelo confiable de la enfermedad X”, normalmente quiere decir que cierto aspecto de esa enfermedad no aparece en los ratones B6. Eso es cierto, pero puede aparecer, y de hecho aparece con frecuencia, en otros tipos de ratones. Para saberlo con certeza, habría que estudiar entre 5 y 100 líneas distintas de ratones, y una o varias de ellas podrían presentar la enfermedad que se busca. No es tan diferente de la variación de enfermedades en humanos
Parte del artículo de Kim añade a esto una conclusión muy importante, cierta aunque no demasiado sorprendente: el ambiente también importa. Los investigadores crearon ratones con una mutación de ganancia de función en JAK1; aunque desarrollaron inflamación cutánea similar a la de los pacientes, no desarrollaron asma. Sin embargo, al exponerlos a Alternaria alternata, un alérgeno asociado al asma, aumentó su susceptibilidad a la inflamación pulmonar alérgica, revelando al final el cuadro clásico en el que genes y ambiente construyen juntos el fenotipo clínico
A la inversa, los ratones también pueden ser un modelo inestable de las enfermedades humanas https://www.youtube.com/watch?v=hKTV2R6TT0Y [video][31 min]
La hipótesis ampliada de Weinstein es mucho más interesante y convincente que este artículo
Se podrían usar macacos como un modelo más cercano, pero por alguna razón la gente se opone