Pruebas de detección epigenéticas basadas en la sangre para las complicaciones de la diabetes
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Los niveles crónicamente altos de azúcar en la sangre en la diabetes tipo 2 pueden dañar los tejidos de todo el cuerpo, como los nervios, ojos o riñones. Estas complicaciones vasculares son una de las principales causas de muerte de los pacientes, y los científicos han estado trabajando para diseñar un medio simple y no invasivo para detectarlas de manera temprana en el curso de la progresión de la enfermedad. Por lo general, los médicos confían en una serie de pruebas separadas, desde análisis de orina y ecografías hasta exámenes oculares, para estimar el riesgo de desarrollar complicaciones. Un análisis de sangre basado en un biomarcador asociado con una variedad de problemas de este tipo ahorraría tiempo a los pacientes y sería más conveniente para los médicos.
En el último desarrollo hacia ese objetivo, los investigadores han creado un análisis de sangre que puede predecir la probabilidad de que un paciente con diabetes experimente una complicación vascular. Las señales de los problemas actuales provienen de distintos patrones de modificaciones epigenéticas conocidas como hidroximetilaciones en el ADN que circula libremente en la sangre de los pacientes. En un estudio piloto de 62 participantes, los científicos pudieron distinguir con precisión entre aquellos con y sin complicaciones en función de esos patrones, informan hoy (1 de octubre) en Química clínica.
I Pensé que era novedoso, comenta Philip Marsden, médico científico de la Universidad de Toronto, cuya investigación se centra en la epigenética y las enfermedades cardiovasculares. No sabía que podían hacer pruebas de hidroximetilación del ADN libre circulante. Sin embargo, aún es pronto para la tecnología en ciernes, señala.
La herramienta del equipo funciona marcando químicamente 5-hidroximetilcitosinas (5-hmC), modificaciones epigenéticas que se forman cuando la citosina recibe un grupo metilo que luego se oxidado en un grupo hidroximetilo. Si bien se cree que la metilación de las citosinas reprime la expresión génica, la hidroximetilación se asocia con la activación de genes y se ha implicado cada vez más en enfermedades complejas como el cáncer.
Antes de 2011, no había forma de distinguir las citosinas metiladas de las citosinas hidroximetiladas. Luego, el epigenetista de la Universidad de Chicago, Chuan He, desarrolló una técnica de etiquetado llamada sello de 5 hmC que recubre de manera efectiva todas las 5-hidroximetilcitosinas a lo largo de una cadena determinada de ADN. A principios de este año, utilizando la herramienta, el grupo de Hes identificó un conjunto de cambios epigenéticos en el ADN que circula libremente en pacientes con cáncer de hígado en etapa temprana, que proponen podría servir como biomarcador de la enfermedad.
Consulte El papel de Modificaciones de la base del ADN
Este enfoque funcionaría en cualquier enfermedad o condición en la que las células lesionadas derramen ADN libre en el torrente sanguíneo. Se sabe que la liberación de ADN libre ocurre en el cáncer, y el equipo de Hes sospechó que también podría ocurrir en pacientes diabéticos con complicaciones vasculares. Nosotros razonamos eso. . . podría haber daño en el tejido, daño en las células, que liberaría ADN circulante libre, explica Wei Zhang, genetista y epidemiólogo clínico de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y uno de los coautores de Hes en el nuevo estudio. Zhang y He poseen acciones en Shanghai Epican Genetech Co, una empresa que ha patentado el sello de 5 hmC.
Si las complicaciones vasculares aumentan los niveles sanguíneos de ADN que circula libremente, eso permitiría al equipo detectar cualquier epigenética cambios que pueden haber ocurrido como resultado de complicaciones vasculares, tal vez cuando las células intentaron adaptarse a niveles altos de azúcar en la sangre o cuando se lesionaron, propusieron Zhang y sus colegas.
Para probar esta idea, el equipo reclutó a 62 pacientes en la Universidad de Wuhan en China. Doce de ellos no tuvieron ninguna complicación vascular, mientras que el resto experimentó una variedad de síntomas, incluidas placas ateroscleróticas, enfermedades cardíacas, derrames cerebrales o daños en los nervios, los ojos o los riñones.
Los científicos extrajeron unas gotas de sangre. de cada paciente, extrajo su ADN de circulación libre y aplicó el Sello de 5 hmC. Luego secuenciaron el ADN y para cada gen compararon el grado de hidroximetilación entre pacientes con complicaciones vasculares y pacientes sin ellas. Esto reveló 135 genes con patrones significativamente diferentes de hidroximetilación entre los dos grupos. Los genes a menudo estaban implicados en la resistencia a la insulina o la inflamación, anotaron los investigadores.
Usando un algoritmo de aprendizaje automático, identificaron 16 genes que tenían las diferencias más claras entre pacientes con y sin complicaciones vasculares. Descubrieron que podían usar los patrones de hidroximetilación de estos 16 genes para distinguir a los pacientes con complicaciones vasculares de los que no las tenían con una precisión del 85 por ciento o más. La herramienta demostró ser más precisa para distinguir entre los dos grupos que las concentraciones de albúmina urinaria, una proteína considerada un marcador de enfermedad renal.
Este estudio demuestra que nuestra tecnología es tan sensible que puede usarse no solo en cáncer . . pero también en enfermedades crónicas como la diabetes, dice Zhang. Él espera que él y sus colegas puedan desarrollar aún más la técnica en un análisis de sangre, basado en unas pocas gotas, que pueda usarse en la clínica para detectar complicaciones vasculares en una etapa temprana, agrega.
Renu Kowluru, un investigador de diabetes de la Wayne State University que no participó en el estudio, está de acuerdo con Marsden en que el enfoque algún día podría resultar útil y vale la pena explorarlo. Encontrar cualquier marcador no invasivo para las complicaciones diabéticas es una gran cosa, dice ella.
Sin embargo, el estudio en sí es complicado, encuentra ella. Al examinar la asociación entre los cambios epigenéticos y las complicaciones vasculares, el equipo había agrupado todas las complicaciones vasculares, desde la aterosclerosis hasta la retinopatía, y no proporcionó información sobre qué complicaciones eran las más correlativas. Tratar todas las complicaciones vasculares como si fueran lo mismo es mi mayor preocupación con este estudio, dice ella.
Marsden, quien tampoco participó en el trabajo, quisiera ver más investigaciones que investiguen la importancia de la epigenética cambios observados en pacientes con complicaciones: si tienen un papel causal en las complicaciones vasculares, o si solo están asociadas a ellas. No creo que hayan sido autocríticos aquí sobre si es una relación de causa y efecto o una asociación, y sus datos son, en el mejor de los casos, una asociación, agrega. También ayudaría saber cuánto ADN circulante libre estaba presente en los pacientes con complicaciones vasculares en comparación con aquellos sin algo que el equipo no informó. Podría ser que simplemente vieron estos patrones [epigenéticos] porque allí hay más ADN total, sugiere.
Marsden dice que también se pregunta qué tan costosa será la herramienta para que la usen los científicos y los médicos. ¿Y qué tan disponible está para el investigador promedio? ¿Siempre tengo que trabajar con alguien en Chicago [para usarlo]? él pide. Sin embargo, este artículo definitivamente me animó a querer aprender más sobre la medición de la hidroximetilación en el ADN libre de células en pacientes y en biología normal.
Y. Yang et al., 5-hidroximetilcitosinas en el ADN circulante libre de células revela complicaciones vasculares de la diabetes tipo 2, doi:10.1373/clinchem.2019.305508, Química clínica, 2019.
Katarina Zimmer  Es un periodista independiente residente en Nueva York. Encuéntrala en Twitter @katarinazimmer.