CARTA AL EDITOR
Biomodelos preclínicos para vacunas contra Vibrio cholerae
Preclinical biomodels for Vibrio cholerae vaccines
Reynaldo Oliva-Hernández
Dirección de Investigación, Instituto Finlay.
email: roh@finlay.edu.cu; reyolivacuba@gmail.com
* Doctor en Medicina Veterinaria y Zootecnia. MSc en Medicina Veterinaria Preventiva. Profesor Asistente. Jefe del Departamento de Preclínica.
Dirección de Investigación, Instituto Finlay.
Con respecto a los artículos publicados en la revista Vaccimonitor en el volumen 17 número 1 del año 2008 y en el volumen 23 número 3 del 2014 y en los que se describen la aplicación, utilidad y desarrollo de diferentes biomodelos para realizar investigaciones encaminadas a obtener candidatos vacunales contra el cólera humano, quisiera profundizar sobre algunos de los tópicos abordados, lo que pudiera contribuir a una mejor comprensión de los biomodelos usados y evaluar adecuadamente su alcance y limitaciones.
Desde el descubrimiento del agente etiológico del cólera se realizan múltiples intentos para desarrollar biomodelos que permitan estudiar las interacciones entre V. cholerae y su hospedero humano. Hasta el momento ningún modelo animal reproduce todos los síntomas y signos de la enfermedad de forma natural.
La utilización de biomodelos en las fases de investigación básica y preclínicas son indispensables para evaluar la virulencia de las cepas de V. cholerae , su capacidad de colonizar y de adherirse a la mucosa intestinal, así como la inducción de respuesta inmune en las cepas candidatas a vacunas vivas atenuadas o inactivadas contra el cólera.
Con el uso de diferentes biomodelos, es posible seleccionar cepas como candidatas a vacunas humanas contra el cólera, al reconocer la factibilidad de los mismos en el cumplimiento de los objetivos trazados.
V. cholerae solo puede colonizar exitosamente el intestino delgado de animales lactantes con pocos días de nacidos (1, 2). Esta es la razón fundamental para que los estudios de virulencia y colonización se realicen en ratones o conejos neonatos.
El biomodelo del ratón neonato se utiliza para evaluar la virulencia y la capacidad de colonizar la mucosa intestinal de cepas atenuadas de V. cholerae ; presenta una aceptable precisión y es capaz de diferenciar cepas con diferente capacidad de atenuación y colonización (3).
En el caso de la infección del cólera, se conocen múltiples biomodelos experimentales en la simulación de los procesos clínico-patológicos que causa este microorganismo, siendo muy importante, en este sentido, su utilidad en la demostración de los efectos terapéuticos de las vacunas y sueros, como sucede con el modelo del ratón neonato (1, 3, 4). No obstante, se impone la necesidad de optimizarlos para de esta manera acercarse a los biomodelos “ideales”.
Aunque no existe un biomodelo animal capaz de reproducir todos los síntomas de la enfermedad, muchos de ellos se utilizan para estudiar diversos aspectos de la patogenia e inmunogenicidad de V. cholerae (5, 6). Uno de ellos es el modelo del ratón neonato, el cual demostró resultados satisfactorios en la evaluación de la virulencia, mediante la determinación de la dosis letal media (DL 50 ) de las cepas de V. cholerae (3).
En humanos, la reactogenicidad de cepas vivas atenuadas se correlaciona con diferentes niveles de colonización intestinal en un proceso complejo y multifactorial. Esto hace que el aumento significativo del valor de la DL 50 no se considere un criterio predictivo absoluto de la seguridad. No obstante, se conoce que el incremento entre 3 y 4 órdenes de magnitud correlaciona posteriormente con bajos niveles de reactogenicidad (7).
La adherencia, al igual que la colonización es un factor determinante en la patogénesis del cólera. Es por esta razón, que para el diseño de vacunas atenuadas contra el cólera, se le atribuye gran importancia a la determinación del índice de colonización, porque al ser este microorganismo un patógeno no invasivo, la adherencia y colonización son factores determinantes en su inmunogenicidad (3).
En animales con pocos días de nacidos, se logra la infección y colonización efectiva de V. cholerae , debido a que sus intestinos no están del todo desarrollados fisiológicamente y que presentan un sistema inmune inmaduro (4). Sin embargo, este modelo tiene la limitación de que no es útil para estudios inmunológicos, porque los ratones y conejos neonatos según crecen, presentan resistencia natural a la infección por los cambios fisiológicos e inmunológicos que ocurren (1, 8).
Cuando se pretende desarrollar una nueva vacuna, la respuesta inmune es un aspecto importante a estudiar. Es importante utilizar un biomodelo animal adecuado para su futura extrapolación al humano, pues esta no es posible en aquellos casos en los que no se ha probado la identidad entre la enfermedad del hombre y la del animal experimental.
El uso de estos modelos se restringe a experimentos de colonización de corta duración y a estudios de patogenicidad, por lo que para la evaluación inmunológica de cepas candidatas a vacuna, se ha escogido un modelo de inoculación intraduodenal en conejo adulto (9), donde a través de una sencilla y rápida intervención quirúrgica, se coloca el inóculo bacteriano directamente en el duodeno, evitando la acidez estomacal a la cual es sensible V. cholerae . La aplicación de este biomodelo permitió comprobar que los niveles de anticuerpos medidos tanto por ELISA como por la determinación de anticuerpos vibriocidas, son comparables entre cepas atenuadas y virulentas (9).
La utilidad de modelos como: perros, conejos, ratones y ratas, para el desarrollo y evaluación de vacunas vivas orales contra el cólera es limitado, porque los vibrios no colonizan los intestinos de los animales lo suficiente como para inducir una inmunidad local. La vía natural (oral) en estas especies no es la más adecuada, debido a la barrera anatomofisiológica que representa el bajo pH del jugo gástrico.
A pesar del empleo de fármacos antiácidos, no puede garantizarse que la mayor parte de los vibrios lleguen vivos al intestino, colonicen y se adhieran, para garantizar una respuesta local adecuada y protectora. Por esta razón, la inoculación intraduodenal logra evadir esta barrera, garantizando que la mayor parte de los vibrios tengan la posibilidad de colonizar y adherirse a la mucosa intestinal, y que además exista una respuesta inmunológica más adecuada (9). La especie conejo es utilizada para estos estudios con preferencia a otras especies, por presentar su tracto intestinal similitudes con el humano (8). Por otro lado, esta especie resulta más factible desde el punto de vista práctico, en cuanto a las condiciones de tenencia, manejo y costo, que cuando se utilizan animales de otras especies como: perros, cerdos o ratones, a lo que se añade lo engorroso del proceder quirúrgico en estos últimos. Vale la pena aclarar que el proceder descrito no es necesario cuando se evalúan candidatos vacunales con cepas inactivadas o de subunidades.
La diarrea es la principal reacción adversa en la infección por V. cholerae y define la condición de reactogenicidad para una cepa, atenuada o no, administrada por vía oral, tanto en modelos animales como en los ensayos clínicos de seguridad en humanos.
La diarrea por V. cholerae fue simulada experimentalmente con el biomodelo RITARD en conejo por Spira et al (10) en 1981 y desarrollado por otros autores más tarde (10). Este se utiliza además para investigar la patología, colonización bacteriana y el volumen de fluido intestinal, así como para demostrar protección frente a reto en animales inmunizados con candidatos vacunales. Por las posibilidades que brinda este biomodelo se utiliza en conjunto con el modelo intraduodenal para evaluar la inmunidad protectora.
Como ejemplo de este modelo se conoce el estudio que se realizó con la cepa atenuada 638 en conejos inmunizados, luego de un reto con una cepa virulenta. Se constató, desde el punto de vista clínico y anatomopatológico, la protección en los animales inmunizados sin la evidencia de síntomas compatibles con la enfermedad, como lo son las diarreas o daños histológicos a nivel intestinal, no ocurriendo así en los animales controles no inmunizados, donde se evidenciaron diarreas similares a la que ocurre en humanos y graves daños en la mucosa intestinal (9).
Igualmente, el modelo de intestino ligado o Ileal Loop en conejos adultos, perros, ratones, entre otros, se utiliza para la evaluación de la toxigenicidad de diferentes candidatos a vacunas contra el cólera humano (6, 9). Además de ser útil para evaluar la capacidad protectora de un candidato vacunal frente a diferentes cepas, así como la del suero de voluntarios inmunizados por vía oral con un candidato vacunal de células vivas atenuadas. Tiene la ventaja de que se puede evaluar más de una réplica por animal, lo cual favorece el análisis estadístico de los resultados y la reducción de la cantidad de animales a evaluar por cepas, cumpliendo así con un principio de las tres “R” (“Reemplazo, Reducción y Refinamiento”).
Teniendo en cuenta este último aspecto, se logró por un grupo de investigadores de la Universidad de Oakland, en los Estados Unidos de América, desarrollar un modelo matemático, que permite estudiar aspectos, como: dinámica de colonización, motilidad, dinámica huésped-hospedero y aspectos fisiológicos; predictivo para humanos y que no se limita solo a los estudios para V. cholerae , permitiendo el reemplazo de modelos vivos a matemáticos (11).
En los últimos años, se ha utiliza un modelo en ratón adulto, donde se realiza tanto la inmunización como el desafío por vía nasal/pulmonar; este biomodelo se puede considerar para estudios preclínicos, aunque no simula la vía natural de la infección (12).
Podemos concluir en que se cuenta con una batería de biomodelos eficaces para dar respuesta al desarrollo de vacunas contra el cólera y otras enterobacterias en sus diferentes etapas de desarrollo. Todos los biomodelos antes mencionados tienen su relevancia, algunos más limitados que otros, el arte está en discernir cual usar bajo las mejores condiciones, puesto que sigue faltando el biomodelo “ideal” que reproduzca fielmente los signos, síntomas y patología del cólera humano.
REFERENCIAS
1. Pérez JL, García L, Talavera A, Oliva R, Valmaseda T, Año G, et al. Passive protection of serum from volunteers inoculated with attenuated strain 638 of Vibrio cholerae O1 in animal models. Vaccine 2001;19:376-84.
2. Fu Y, Mekalanos JJ. Infant Rabbit Colonization Competition Assays. Bio–Protocol 2014;4(11): e1147. Disponible en: http://www.bio-protocol.org/e1147
3. Oliva R, García H, Infante JF, García L, Pérez JL, Cedré B, et al. Biomodelo para la evaluación de cepas atenuadas como candidatos vacunales contra el cólera humano. I. Estudio de la virulencia, capacidad de colonización y adherencia a la mucosa intestinal. VacciMonitor 2008;17(1):1-6.
4. Alam A, Laroque RC, Harris JB, Vanderspurt C, Ryan ET, Qadri F, et al. Hyperinfectivity of human-passage Vibrio cholerae can be modeled by growth in the infant mouse. Infect Immun. 2005;73(10):6674-9.
5. Ledón T, Ferrán B, Vichi J, Suzarte E, Oliva R, Fando R. Evaluación en modelos animales de cepas vivas atenuadas de Vibrio cholerae O139. Revista CENIC Ciencias Biológicas 2010;41(Edición Especial 1):1-12.
6. Sawasvirojwong S, Srimanote P, Chatsudthipong V, Muanprasat C. An Adult Mouse Model of Vibrio cholerae -induced Diarrhea for Studying Pathogenesis and Potential Therapy of Cholera. PLoS Negl Trop Dis 2013;7(6):e2293. doi:10.1371/journal.pntd.0002293.
7. García L, Benitez J. Hacia el desarrollo de una vacuna eficaz contra el cólera. VacciMonitor 1996;5(2):2-6.
8. Kondo M, Yamato M, Takagi R, Murakami D, Namiki H, Okano T. Significantly different proliferative potential of oral mucosal epithelial cells between six animal species. J Biomed Mater Res 2014;102(6):1829-37.
9. Oliva R, García HM, Infante JF, Pérez JL, Cedré B, Valmaseda T, et al. Biomodelos para la evaluación de cepas atenuadas como candidatos vacunales contra el cólera humano. Estudio de la toxigenicidad, inmunogenicidad y protección. VacciMonitor 2014;23(3):100-9.
10. Spira WM, Sack RB, Froehlich JL. Simple adult rabbit model for Vibrio cholerae and enterotoxigenic Escherichia coli diarrhea. Infect Immun 1981;32:739-47.
11. Spagnuolo AM, DiRita V, Kirschne D. A model for Vibrio cholerae colonization of the human intestine. Journal of Theoretical Biology 2011;289:247-58.
12. Kang SS, Yang JS, Kim KW, Yun CH, Holmgren J, Czerkinsky C, et al. Anti-bacterial and anti-toxic immunity induced by a killed whole-cell-cholera toxin B subunit cholera vaccine is essential for protection against lethal bacterial infection in mouse pulmonary cholera model. Mucosal Immunology 2013;6(4):826-37.
Recibido: Diciembre de 2014
Aceptado: Enero de 2015