Tal y como acabamos nuestro artículo del pasado número de esta revista, en la diferenciación embrionaria de tejidos y órganos las proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs) desempeñan un importante papel, por no decir un papel determinante. Ello queda particularmente subrayado por el hecho de que los correspondientes genes se han conservado casi completamente a través de la evolución de unos 600 millones de años.

Mediante hibridación in situ se pudo demostrar que las BMP-2, -3, -4, -6 y –7 participan en el desarrollo embrionario del esqueleto [Kingsley y Grubber, Cell 71: 399-410 (1992)]. Además, las diferentes BMPs se expresan parcialmente en momentos diferentes en los segmentos del esqueleto durante la embriogénesis, y de ello se deduce que las diferentes BMPs desempeñan funciones de control específicas. Pudo demostrarse también que, por ejemplo, en embriones humanos la BMP-3 (también denominada osteogenina) se expresa durante el desarrollo del pulmón, el riñón y el intestino [Vukicevic et al., J. Histochem. Cytochem. 42: 869-875 (1994)]. La BMP-6 desempeña un importante papel en el desarrollo del sistema nervioso central. La expresión de BMP-7 representa un hecho decisivo durante el desarrollo embrionario del riñón y el ojo en mamíferos [Dudley et al., Genes Develop. 9: 2795-2807 (1995)]. En parte, diferentes BMPs se expresan en momentos diferentes en el desarrollo del mismo órgano o en la correspondiente diferenciación de los tejidos, de manera que el patrón temporal de las expresiones de las BMPs también desempeña claramente un importante papel en los procesos de diferenciación embrionaria.

Hasta qué punto es importante la función de las BMPs individuales como proteínas señal queda particularmente demostrado a través de la inactivación de los respectivos genes knockout en animales de laboratorio. Mediante el aislamiento de los genes BMP-2 en rata se pudo demostrar que los animales homocigotos mueren antes de los 9 días de gestación [Zhang y Bradley, ICBMP, Baltimore (1994)]. Parece probable que las combinaciones de BMPs y moléculas similares a éstas controlan durante la embriogénesis la forma, cantidad, tamaño y posición de las células responsables de la formación de los órganos y el desarrollo de los tejidos.

Tal como hemos dicho, las primeras BMPs fueron aisladas originalmente en virtud de sus propiedades de formación ósea. Esta acción osteoinductiva es llevada a cabo por las BMP-2 a BMP-7, localizadas en la matriz ósea, y también por la BMP-14 (GDF-5).

La implantación heterótoma, es decir, intramuscular de dichas BMPs, creadas mediante ingeniería genética, conduce en rata a la formación de hueso en tres semanas. Se trata de un proceso de formación de hueso endocondral en cascada: en los primeros cuatro días de implante se produce una migración de células diana pluripotentes y mesenquimales, que se encuentran en pequeñas cantidades en los tejidos blandos próximos al esqueleto, así como en el tejido de sostén. Este primer efecto se denomina quimiotaxis. A resultas de ello, hasta el final de la primera semana se produce una proliferación de células pluripotentes, seguida de su diferenciación en condrocitos. Dos semanas después del implante, el nuevo cartílago muestra una calcificación de su matriz, que es acompañada por una invasión capilar del tejido. Hacia la tercera semana desde el implante, ya aparece hueso, con evidentes trabéculas óseas individuales que aportan estabilidad biomecánica, así como partes de médula ósea hematopoyética activa. Para la activación de este proceso en cascada bastan unos pocos miligramos de las correspondientes BMPs. Tanto el volumen como la velocidad de formación ósea muestran una dependencia directa con la cantidad de proteína implantada. De la familia de las BMPs, la BMP-2 y BMP-7 son las que poseen mayor poder osteoinductivo. La BMP-4 tiene una acción osteoinductiva de alrededor del 50% respecto a la BMP-2. En comparación con esta última, las BMP-3 y BMP-5 presentan una acción significativamente retardada, siendo necesarias mayores dosis para conseguir la inducción ósea.

Diferentes modelos animales avalan la acción terapéutica de las BMPs. En algunos ensayos se han reconstruido defectos mandibulares de hasta 5 mm de diámetro, defectos óseos craneales de hasta 7 mm de diámetro y discontinuidades del fémur de hasta varios centímetros de longitud, mediante la combinación de BMP-2 con diferentes vehículos orgánicos e inorgánicos (colágeno, hidroxiapatita, fosfato tricálcico, cerámica de vidrio, ácido poliláctico/poliglicólico, etc. Ver artículo "Osteoinducción y Osteoconducción" del número 57, octubre de 1999, de esta revista). Estudios experimentales con perros lograron fusiones de cuerpos vertebrales mediante implantes de BMP-2 combinado con poliláctico reabsorbible. La restauración estable ocurría en tiempos más cortos en relación a la situación control donde se utilizaba hueso autógeno [Sandhu et al., Spine 20: 2669-2682 (1995)]. La BMP-2 también ha sido utilizada con éxito en combinación con micropartículas de fosfato tricálcico reabsorbible en cirugía periodontal: dos meses después del implante en perros se consigue la regeneración del hueso y del cemento [Sigurdsson et al., J. Periodontol. 66: 131-138 (1995)]. Efectos similares se han obtenido utilizando BMP-7 [Ripamonti et al., Growth Factors 13: 273-289 (1996)]. Además de la inducción ósea post-fetal que venimos comentando, ciertas BMPs han desarrollado efectos terapéuticos en modelos odontológicos donde se realiza un recubrimiento directo de la cavidad pulpar con BMP-2, BMP-4 y BMP-7, lo que dio lugar a la formación completa de dentina [Rutherford y Fitzgerald, Crit. Rev. Oral Biol. Med. 6: 218-229 (1995)].

"La medicina que viene"

Las proteínas BMP-2 y BMP-7 están a punto de ser aprobadas en Estados Unidos para su uso clínico. Dos empresas americanas, Genetics Institute y Stryker Biotech, que durante años han realizado los ensayos pre-clínicos y clínicos que avalarán dicha aprobación, se harán cargo de la comercialización de ambas proteínas, respectivamente. Como hemos podido comprobar en la Second Annual Conference On Regenerative Medicine, celebrada recientemente en Washington D.C., en un estudio en pacientes con pseudoartrosis, llevado a cabo por investigadores de aquellas empresas y todavía no publicado, tras una fractura de tibia fueron tratados con BMP-7 y, en la mayoría de los casos, se apreció una considerable consolidación ósea de los defectos. Resultados similares se han obtenido en otro estudio clínico en defectos fibulares causados por osteotomías. Digno de mención es el hecho de que, tanto en estos estudios como en otros publicados, los pacientes tratados con BMPs o con combinaciones de estas proteínas, nunca presentaron efectos secundarios significativos.

Además de las indudables aplicaciones a la clínica de la reparación ósea de las BMPs, otros estudios se ocupan actualmente del efecto protector de la BMP-7 en rechazos renales agudos, ya que estudios experimentales en animales han demostrado la eficacia de dicha proteína en estimular el proceso de reparación de nefronas dañadas. Especialmente alentador es la posible indicación clínica de la BMP-7 en los ataques cardíacos y en procesos de isquemia cerebral, ya que estudios in vitro han revelado que dicha proteína estimula los procesos de reparación de las fibras musculares cardíacas dañadas, así como la significativa activación de la rehabilitación motriz de ciertas áreas cerebrales afectadas, respectivamente. No en vano, este autor ha sido testigo en varias ocasiones de la defensa que grupos de científicos hacen de las siglas BMP; así, hay quienes las reclaman para sí como brain morphogenetic protein o, tratando de ser más equánimes, dejémoslas en, simplemente, body morphogenetic protein.

Un requisito previo indispensable para que las BMPs ejerzan propiedades osteoinductoras es el mantenimiento de un gradiente de concentración adecuado en el lugar donde se las implanta. Para conseguir este efecto, es necesario un cierto tiempo medio de presencia de las BMPs en el sitio del implante, a lo cual se opone la propia metabolización de dichas moléculas.

Propiciar enlaces de estas proteínas con vehículos adecuados o aumentar la afinidad de las mismas sobre la matriz extracelular, son estrategias útiles que actualmente están siendo desarrolladas por diversos laboratorios. Nuestro grupo de investigación, en concreto, trata de dotar a algunas BMPs de un dominio molecular que confiere a la proteína capacidad para unirse específicamente, y de manera muy fuerte, al componente colagénico de la matriz extracelular, así como a algunos materiales, como la hidroxiapatita, que sirven de vehículos para que estas proteínas sean conducidas a los lugares en los que se las necesita [Andrades y Becerra. En: Advances In Skeletal Reconstruction Using Bone Morphogenetic Proteins (ed. T.S. Lindholm), World Scientific Publishing Co., Pte. Ltd., vol. 2, pp. 147-153 (2002)]. En este sentido también, el grupo del doctor N.R. Küble en Alemania ha conseguido por primera vez crear mutantes BMP-2 con afinidad modificada a la matriz extracelular y, como consecuencia, dotar a la proteína de propiedades farmacocinéticas peculiares: por ejemplo, el aumento de puntos de enlace con la heparina prolonga considerablemente la permanencia de BMP-2 en el lugar del implante. Los primeros resultados de estos trabajos, que serán presentados en la próxima Fourth International Conference on BMPs, a celebrar en Sacramento en octubre, demuestran que las propiedades osteoinductivas de dicha proteína son unas diez veces mayor que la BMP-2 natural (comunicación personal).Estas proteínas modificadas por ingeniería recombinante, no presentes en la naturaleza, representan la segunda generación de BMPs, dejando aún más abierto, si cabe, el camino hacia una medicina del futuro a la que asistiremos con expectación.