Múltiples moléculas son fundamentales para que los seres vivos puedan llevar a cabo sus funciones. Las más conocidas entre ellas son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y las proteínas. Un poco menos mencionado, pero igual de importante, es el ARN (ácido ribonucleico), que funciona como un puente entre ambas. Las tres cuentan con instrucciones que, al combinarse, contienen la información necesaria para construir un ser vivo.
El ARN mensajero (ARNm) se encarga de que la información en el ADN pueda ser empleada en la producción de proteínas. También existe el ARN de transferencia (ARNt), que transporta los aminoácidos necesarios para construir proteínas. Otro elemento importante es el ARN ribosomal (ARNr), pieza clave en el ensamble de proteínas. Recientemente, se han descubierto muchos nuevos tipos de ARN. Uno de ellos son los microARNs (miARNs). Los miARNs son ARN pequeños, formados por aproximadamente 20 nucleótidos, con una función totalmente distinta a los otros tipos de ARN.
Los miARNs (entre muchas otras moléculas) son los encargados de cuidar que la información contenida en el ARN se exprese en cantidades adecuadas para formar proteínas, es decir, que no tenga ni más ni menos de la información requerida. Otro aspecto importante de los miARNs es que pueden ejercer su función en la célula donde son producidos o transportarse fuera de ella hacia otras regiones del organismo. Sin embargo, para mantenerse estables fuera de la célula, los miARNs enfrentan múltiples desafíos, como la degradación por enzimas específicas, la acción de células especializadas que pueden fagocitarlos, cambios bruscos de pH en algunas regiones, presencia de bacterias y virus, entre otros. A pesar de su reducido tamaño, son esenciales para que todo el organismo funcione correctamente. Así, los miARNs necesitan un poco de ayuda; es aquí donde entran los exosomas.
Los exosomas son pequeñas vesículas que las células liberan al exterior como una forma de comunicarse entre ellas. Se forman dentro de compartimentos especiales en la célula y están rodeados por una bicapa lipídica. En su interior, transportan proteínas, lípidos, fragmentos de ADN, ARNm y miARNs (Figura 1). Pueden encontrarse en casi todos los fluidos del cuerpo, como la sangre, la saliva o la orina, y su función principal es llevar información de una célula a otra para regular diversas funciones del organismo (Krylova & Feng, 2023).
Los fluidos corporales se emplean en una gran cantidad de pruebas de laboratorio, para así determinar algunos parámetros como el nivel de azúcar en la sangre, los niveles de anticuerpos o la función de los riñones, factores importantes para conocer el estado de salud. Sin embargo, el análisis del contenido de los exosomas no es algo que se realice de forma rutinaria.
Las enfermedades alteran la forma en que debe funcionar el cuerpo humano y dejan un rastro que indica que algo está ocurriendo; sin embargo, este rastro no siempre es evidente y, en algunas ocasiones, resulta muy difícil acceder a la región afectada para poder observarlo. Si una enfermedad afecta un órgano especifico, como por ejemplo el corazón, el sistema nervioso central (cerebro y médula espinal) o cualquier otro órgano, es riesgoso y muy invasivo tomar una muestra de este tejido, o biopsia, para ver si algo anda mal. Es aquí donde entra la búsqueda de biomarcadores, como el antígeno prostático humano, una proteína producida por las células de la próstata, cuya concentración en la sangre puede aumentar en presencia de cáncer o inflamación en este órgano. Este marcador se utiliza para detectar y predecir la evolución del cáncer de próstata a partir de muestras de sangre (Kim, 2023). Por ello, los biomarcadores pueden emplearse como indicadores del estado de salud, y entre ellos están los exosomas.
Las células afectadas por una enfermedad sufren cambios en su funcionamiento, así como en las moléculas y proteínas que expresan. Si los exosomas se crean dentro de la célula y transportan materiales desde su interior hacia otras regiones, es lógico pensar que los exosomas que provienen de una célula enferma tendrán un contenido diferente al de los exosomas que provienen de células sanas. Estas diferencias pueden ayudar a encontrar marcas distintivas en los exosomas que indiquen que provienen de células enfermas; esta es la razón por la que los exosomas pueden ser considerados como biomarcadores. Otro aspecto importante es que se podría reducir la necesidad de procedimientos invasivos para obtener una muestra de tejido; por el contrario, se podrían analizar fluidos corporales, que se emplean en pruebas de rutina y que están repletos de exosomas, sin necesidad de someter al paciente a procedimientos incómodos. Entre las enfermedades que podrían detectarse con ayuda de exosomas se encuentran las afecciones cardíacas, las enfermedades neurodegenerativas, los problemas hepáticos y el cáncer.
Una forma sencilla de definir al cáncer es que se trata de un crecimiento descontrolado de las células que se encuentran en el cuerpo. Existen muchos factores que pueden influir en su aparición, por ejemplo, mutaciones en el ADN, es decir, cambios que ocurren en la información escrita en los genes. Estas mutaciones pueden ser heredadas de los padres (predisposición), lo cual explica por qué personas con estilos de vida perfectamente saludables y consideradas sin riesgo pueden llegar a presentar esta enfermedad. También pueden existir mutaciones o cambios en el ADN ocasionados por factores externos, como la exposición a agentes químicos como pesticidas, tabaco, alcohol o agentes físicos, como diferentes tipos de radiación, tales como la solar o los rayos X.
Estos cambios o mutaciones provocan que las células se comporten de forma diferente y comiencen a crecer más rápido y sin ningún tipo de control, dando lugar a la aparición de tumores (conjunto de células con crecimiento fuera de lo normal). Nuestro cuerpo tiene una red de vigilancia para evitar estos eventos: el sistema inmune, formado por órganos y células especializadas, se encarga no solo de detectar agentes extraños que entran en el organismo, como virus, bacterias y hongos, sino que también tiene la capacidad de detectar células anormales y eliminarlas.
Las enfermedades dejan rastro, y el cáncer no es la excepción. Una célula afectada puede cambiar los receptores que expresa en su superficie celular; estas marcas distintivas permiten al sistema inmune diferenciar entre una célula sana y una enferma. Las células cancerosas pueden ser identificadas por el sistema inmune y posteriormente ser destruidas. Sin embargo, algunas logran evadir este proceso al perder u ocultar ciertos receptores, lo que impide que el sistema inmune las detecte, haciéndolas aún más peligrosas. Por ello, es necesario identificar otras señales que permitan su reconocimiento. En este contexto, los miARNs emergen como candidatos interesantes, ya que pueden actuar como biomarcadores para detectar células tumorales que han escapado al sistema inmune.
Los miARNs, dentro de las células, pueden funcionar como interruptores en la expresión de proteínas. Algunos favorecen la síntesis de proteínas que promueven la progresión del cáncer; estos se conocen como miARNs oncogénicos (OncomiRs, por sus siglas en inglés). También existe una clase de miARNs, con actividad supresora de tumores (tsmiRs, por sus siglas en inglés), que evitan la progresión del cáncer.
Cuando todo funciona de forma correcta, las dos poblaciones de miARNs se autorregulan y todo se mantiene en homeostasis. Sin embargo, las mutaciones o cambios en las células cancerosas pueden desregular la expresión de uno o ambos grupos de miARNs. Una célula cancerosa promueve la expresión de oncomiRs para favorecer la producción de proteínas que le permitan crecer y proliferar; a su vez, disminuye los tsmiRs para que no interfieran con su objetivo final: diseminarse tanto como sea posible, ya sea en el tejido u órgano donde se originó el cáncer (hígado, pulmón, glándula mamaria, sangre, hueso, entre otros) o en órganos distintos al de origen (metástasis). Así, los cambios en la expresión de miARNs pueden ser una pista para descubrir el cáncer en etapas tempranas, cuando sus síntomas aún no son evidentes (Chakrabortty, 2023).
Las células cancerosas presentan cambios en su material genético, estructura y funcionamiento; esto afecta la expresión normal de los miARNs y en consecuencia modifica el contenido de los exosomas que estas células generan. Una vez liberados al exterior celular, los exosomas pueden viajar a distintas partes del cuerpo, donde participan en procesos de comunicación e intercambio de información entre células (Wang et al., 2021).
Todo ello indica que los exosomas producidos a partir de células cancerosas pueden ser empleados para la detección temprana de la enfermedad, gracias a las alteraciones o marcas distintivas que presentan las moléculas que transportan en su interior (Figura 2). Esto sería un gran avance y una herramienta muy importante para detectar el cáncer en etapas iniciales, cuando las terapias actuales suelen tener mayor eficacia para erradicar la enfermedad (Wang et al., 2022).
Aunque se cuenta con los conocimientos y el desarrollo tecnológico necesarios para llevar a cabo esta técnica, no es un proceso simple. Los exosomas deben ser caracterizados y separados de otras moléculas, lo cual no resulta técnicamente sencillo ni económico. Para ello, se emplean técnicas como la ultracentrifugación diferencial, la cromatografía de exclusión por tamaño y el análisis de seguimiento de nanopartículas, entre otras, que permiten identificar sus propiedades físicas y moleculares (Lai et al.,2022).
Los avances científicos que conducen al desarrollo de tecnología novedosa y de frontera (o “cutting edge” en inglés), suelen ser inicialmente restrictivos debido a su alto costo. Cuando aparece un nuevo medicamento o tratamiento, sus precios son elevados; sin embargo, con el tiempo se vuelven más accesibles para toda la población. Por ello, en un futuro no muy lejano podría considerarse la realización de exámenes rutinarios para analizar los miARNs contenidos en los exosomas y detectar enfermedades como el cáncer en etapas tempranas, brindando así a todas las personas afectadas una mejor oportunidad de combatir esta enfermedad.
Bibliografía
Chakrabortty, A., Patton, D. J., Smith, B. F., & Agarwal, P. (2023). miRNAs: Potential as biomarkers and therapeutic targets for cancer. Genes, 14(7), 1375. https://doi.org/10.3390/genes14071375
Kim, S. I. (2023). Prostate-specific antigen screening for prostate cancer: An old but never-ending story. Investigative and Clinical Urology, 64(5), 422. https://doi.org/10.4111/icu.20230229
Krylova, S. V., & Feng, D. (2023). The machinery of exosomes: Biogenesis, release, and uptake. International Journal of Molecular Sciences, 24(2), 1337. https://doi.org/10.3390/ijms24021337
Lai, J. J., Chau, Z. L., Chen, S. Y., Hill, J. J., Korpany, K. V., Liang, N. W., … & Shen, W. T. (2022). Exosome processing and characterization approaches for research and technology development. Advanced Science, 9(15), 2103222. https://doi.org/10.1002/advs.202103222
Wang, X., Li, Q., Jiang, X., Zhang, X., & Sun, H. (2021). Expression, regulation, and function of exosome-derived miRNAs in cancer progression and therapy. The FASEB Journal. https://doi.org/10.1096/fj.202100294RR
Wang, X., Tian, L., Lu, J., & Ng, I. O.-L. (2022). Exosomes and cancer – Diagnostic and prognostic biomarkers and therapeutic vehicle. Oncogenesis, 11(1), Article 54. https://doi.org/10.1038/s41389-022-00431-5
*Foto de portada creada con la ayuda de Chat GPT
