Tratando la acondroplasia: la historia del desarrollo del BMN-111

Traducción al español: Ma. Cristina Terceros S. (MaCriTeS)

Introducción

De acuerdo con Biomarin, el laboratorio que desarrolla el BMN-111, el estudio de fase 2 que se encuentra actualmente en curso con el primer grupo de niños con acondroplasia, tendrá los resultados publicados hasta el final del primer semestre de 2015, dentro de apenas tres meses a partir de ahora. Vale resaltar otras dos novedades divulgadas por el laboratorio. La primera es la actualización de las informaciones sobre el estudio de fase 2. La segunda es la historia recientemente publicada sobre el desarrollo de la BMN-111, que revisaremos aquí.

 Una mirada hacia el crecimiento óseo

Los cartílagos de crecimiento (Figura 1) son franjas estrechas de cartílago localizadas en ambas extremidades de los huesos largos, y son las estructuras responsables por la formación y por el crecimiento de los huesos. La placa de crecimiento es un tejido denso, cargado eléctricamente, donde no llega la sangre de manera directa, lo que hace con que los nutrientes y todos los demás agentes se vean obligados a transitar en medio a una formidable barrera química, para llegar hasta los condrocitos, las células maestras del crecimiento. Allí no son bienvenidas las grandes moléculas.

Figura 1. La placa de crecimiento del cartílago

Decenas de proteínas, enzimas, péptidos, hormonas y otros factores que desempeñan papeles importantes en la placa de crecimiento actúan en conjunto para permitir un ritmo regular y organizado de crecimiento óseo, el cual va a durar hasta el final de la pubertad cuando, en respuesta a diferentes y variados estímulos hormonales, las placas de crecimiento se fundirán y los huesos pararán de crecer (figura 2). Estos agentes pueden tener acciones positivas y negativas que irán a contrabalancear los efectos unas de las otras, a fin de permitir que los condrocitos se desarrollen y desenvuelvan en un sistema bien organizado para producir más hueso. Cuando todos esos agentes trabajan de manera equilibrada, es como una maravillosa sinfonía de Mozart.

Figura 2. El destino de la placa de crecimiento

Cuando observamos la placa de crecimiento a través de un microscopio, lo que se ve es que la propia placa de crecimiento es dividida en un determinado número de camadas o zonas, cada una de ellas con condrocitos en diferentes etapas de desarrollo (Figura 3).

Figura 3. Organización de la placa de crecimiento

Los condrocitos en la zona de reposo (resting zone) presentan pocas señales de actividad. Respondiendo a aquéllos diferentes estímulos, ellos comienzan a multiplicarse rápidamente (proliferan) y a organizarse en apilamientos (zona proliferativa). Siempre actuando en respuesta a esos agentes, ellos dejan de proliferar y comienzan a aumentar de volumen (zona hipertrófica) y, finalmente, son substituidos por osteoblastos (células formadoras de hueso), cuando el cartílago comienza a calcificarse.

La acondroplasia y el bug en la sinfonía

Vamos a hablar ahora un poco sobre los dos agentes que más nos interesan en esta revisión.

FGFR3

La acondroplasia es causada por una mutación en el gen FGFR3, que codifica (o carga la información para la producción de) la proteína activa (o enzima) denominada receptor del factor de crecimiento de fibroblasto tipo 3, o FGFR3. Esta enzima se localiza atravesada en la pared celular del condrocito, y funciona como una antena de TV, recibiendo señales del exterior de la célula, en este caso, transmitidas por FGFs que se encuentran presentes en el vecindario. Cuando el FGFR3 recibe una señal, a partir de un FGF, es activado (o encendido) e inicia una reacción química en cascada, con la activación de una proteína vecina, que activará otra, y esa una tercera y así en adelante, como en una cascada de dominó (Figura 4). La señal será llevada hasta el núcleo de la célula y hará con que la célula responda adecuadamente. Aunque la mayor parte de los agentes anteriormente mencionados desempeñe papeles positivos en el proceso de crecimiento del hueso, el FGFR3 es un freno natural para el crecimiento del hueso. Si no hubiese FGFR3, los huesos, probablemente, crecerían sin ningún tipo de control, causando gigantismo. De hecho, la literatura describe casos en los cuales el FGFR3 se encuentra inactivado, causando crecimiento excesivo (1). En la acondroplasia, la mutación hace con que el FGFR3 sea más activo de lo normal o, en otras palabras, el FGFR3 activado envía cantidad excesiva de señales para el núcleo de la célula. Una vez que su papel natural es el de reducir el ritmo de crecimiento del hueso, cuando se encuentra hiperactivo, provoca la interrupción del crecimiento del hueso (he aquí el bug en la sinfonía). Ahora, vea la Figura 4 y preste atención a la cascada del lado derecho, que comienza con RAS y continúa con RAF, MEK y ERK. Estas enzimas forman la denominada vía de la proteína quinasa activada por mitógeno (mitogen activated protein quinase o MAPK), que es de vital importancia para nuestra revisión.

Figura 4. Las vías de señalización del FGFR3 

Péptido natriurético del tipo C (CNP)

El CNP es un péptido producido naturalmente por nuestro cuerpo, así como sus otras dos principales moléculas hermanas, llamadas ANP y BNP. Los péptidos natriuréticos ya fueron revisados en varios artículos del blog, y yo recomendaría éste aquí para leerse primero. El CNP es producido por varios tejidos del cuerpo, pero normalmente no circula en la sangre, una vez que es rápidamente inactivado por las enzimas circulantes. Uno de los tejidos donde el CNP tiene una acción preponderante es exactamente la placa de crecimiento cartilaginosa. El CNP es producido en el vecindario de los condrocitos y estas células también producen el receptor para el CNP, llamado NPRB (receptor de péptido natriurético B) (Figura 5). Cuando el CNP se une a su receptor, esto también conduce a una reacción química en cascada en el interior de la célula. El aspecto interesante de la cascada del CNP es que ella “cruza” con la cascada MAPK activada por el FGFR3, inhibiéndola (2). Al inhibir la cascada MAPK, el CNP actúa como un regulador del efecto del FGFR3, y por eso podemos decir que ellos tienen papeles antagónicos en la sinfonía del crecimiento óseo. En realidad, existe una gran cantidad de evidencias de que el CNP tiene un papel positivo en el crecimiento óseo, fornecidas tanto por relatos de casos en los cuales el NPRB tiene una mutación hiperactiva llevando al crecimiento excesivo (3) o lo opuesto, cuando él no está funcionando, causando una displasia ósea que guarda semejanzas con la acondroplasia (4).

Figura 5. Las señales del CNP inhiben la vía de la MAPK en los condrocitos de la placa de crecimiento.

CNP en la acondroplasia

Un grupo japonés es responsable de muchas informaciones sobre la función biológica del CNP en la placa de crecimiento (5). El grupo, liderado por Kazua Nakao, desarrolló una estrategia donde ellos fueron capaces de generar una producción continua de CNP en un modelo de rata con acondroplasia. Expuestos a grandes volúmenes de CNP, estos animales no solamente rescataron el fenotipo de la acondroplasia, como también mostraron señales de crecimiento excesivo (6). El grupo de Nakao nos mostró que el CNP podría ser una solución para el tratamiento de la acondroplasia, pero el modelo que ellos desarrollaron, en los cuales se podía prever que el CNP tendría que ser inyectado a través de una vena, de manera continua, no se vio como algo práctico y/o viable.

Entonces, ¿qué sucedió después? Vamos a ver por qué el CNP no puede ser utilizado, de manera práctica, para tratar la acondroplasia y los nuevos desarrollos de esta convincente estrategia.

Desarrollando análogos de CNP

El CNP es una molécula constituida de aminoácidos, como las proteínas, pero mucho más corta que una proteína típica. Proteínas y péptidos son frecuentemente activos y provocan reacciones químicas, de manera que el cuerpo creó medidas para que, en condiciones normales, pueda controlar la cantidad y el tiempo que les es permitido causar reacciones químicas. El CNP es una víctima natural de algunas enzimas que circulan en la sangre llamadas endopeptidasas neutras (neutral endopeptidases). El CNP dura apenas dos minutos después de una inyección en la vena, debido a la acción de estas enzimas. Por el contrario, el BNP, otro miembro de la familia de péptidos natriuréticos, tiene una resistencia natural a la degradación enzimática y circula por más tiempo (y por eso tiene un papel relevante en algunas enfermedades cardiacas y ha sido intensamente explorado en este contexto). Se piensa que esta resistencia es el resultado de su “cola” más larga (Figura 6).

Figura 6. Principales péptidos natriuréticos.

De http://www.heartfailure.com/

Por eso, un plan de acción para alguien que piensa ofrecer el CNP para el tratamiento de la acondroplasia es desarrollar soluciones que permitan que la molécula circule por más tiempo. Una manera de hacer eso, es hacerlo más resistente a la degradación enzimática. Esa fue la solución para la molécula llamada NC-2, hecha de la parte reactiva del CNP, fusionada a la parte básica de un anticuerpo (comentada aquí). Esta molécula fue descrita como que contaba con una vida media de aproximadamente 20 horas (7), pero parece haber sido abandonada por el desarrollador, posiblemente por ser demasiado grande para la placa de crecimiento o por causa de preocupaciones sobre seguridad/toxicidad.

El BMN-111 es un CNP modificado que presenta una "cola" prolongada y algunas modificaciones de aminoácidos que lo hicieron más resistente contra las peptidasas (8). El resultado práctico es que dura hasta 20 minutos en la sangre, después de una inyección subcutánea. Entonces, vamos a ver los tests de laboratorio hechos con este análogo del CNP.

El desarrollo del BMN-111

El articulo publicado por Wends et al. (8) describe muchos de los estudios pre-clínicos (de laboratorio) realizados con moléculas relacionadas al CNP que acabaron por identificar al BMN-111 como el candidato para el desarrollo en ambiente clínico. Ésta será una breve visión general del articulo.

En resumen, los investigadores aplicaron varios abordajes para alargar o modificar la estructura del CNP, sin alterar su parte activa, para ver como los cambios afectarían su afinidad con las peptidasas. Crearon varios análogos que serían más resistentes a la degradación y, en seguida, comenzaron a testear si ellos serían capaces de ejercer efectos en las células y en la placa de crecimiento. Apenas una parte de esas moléculas mostro efectos positivos y continuaron siendo comparadas hasta que los investigadores decidieran que apenas un pequeño número de moléculas, incluyendo el BMN-111, tenían características adecuadas para continuar el desarrollo.

Los investigadores testearon entonces estos análogos en ratas saludables para ver la extensión de su efecto en la placa de crecimiento. Se verificó que el BMN-111 era el análogo que causaba más efecto en el crecimiento. A continuación, ellos testearon el BMN-111 en un modelo de rata con acondroplasia (fenotipo leve) y observaron que al final del estudio hubo restauración de la longitud de los huesos largos y de la distancia nasal-anal.

En secuencia, ellos testearon el BMN-111 en monos sanos y verificaron que tenía el ligero efecto esperado en parámetros cardiovasculares. También observaron que los animales del grupo tratados crecieron más y más rápido que los animales del grupo control. Testearon aún la calidad del hueso de los animales tratados y vieron que el nuevo hueso formado tenía propiedades fisiológicas normales.

El estudio ofrece muchos más detalles sobre los tests realizados, pero la idea aquí era darle una visión panorámica de toda la historia. Los resultados positivos acumulados verificados por los investigadores, proporcionaron credenciales para que el BMN-111 pudiese ser testeado dentro del contexto clínico, después de haber sido evaluado por la Food and Drug Administration(FDA).

En un estudio separado, Biomarin también testeó el BMN-111 en un modelo mucho más grave de condrodisplasias relacionadas con el FGFR3, que se asemeja a la displasia tanatofórica humana (9). En este estudio, el BMN-111 fue capaz de restaurar parcialmente, pero de manera significativa, el crecimiento de los huesos en los animales tratados, proporcionando más evidencias para el concepto de uso del BMN-111 para el tratamiento de la acondroplasia.

El año 2012, con la aprobación de la FDA, la Biomarin realizo un estudio de fase 1 en adultos saludables, especialmente para verificar los efectos cardiovasculares del BMN-111 (NCT01590446). En varios encuentros públicos, Biomarin informó que el estudio de la fase 1 fue realizado sin sorpresas, y que ellos confirmaron los efectos leves esperados del BMN-111 sobre la presión arterial. Los resultados fueron sometidos a la FDA, la cual finalmente aprobó el estudio de la fase 2 en niños con acondroplasia (NCT02055157), que comenzó a principios de 2014. Mientras tanto, para permitir comparaciones adecuadas en algunos parámetros-clave del crecimiento, la empresa Biomarin también inició un estudio observacional (un estudio sin intervenciones farmacológicas), con niños con acondroplasia, para aprender sobre su ritmo de crecimiento natural (NCT01603095). Biomarin ya divulgó algunos de los hallazgos clínicos de este estudio, en reuniones públicas (se puede acceder a la última aquí, páginas 133 y 134).

Leyendo la sección de criterios de inclusión para la participación en el estudio de fase 2 en el clinicaltrials.gov, aprendimos que la inscripción previa en este estudio observacional es necesaria para convertirse en candidato. Esto es importante para permitir que los investigadores puedan comparar la tasa de crecimiento natural antes y después del comienzo de la terapia con el BMN-111 en el estudio de fase 2.

El estudio de fase 2 con el BMN-111

Como dije al iniciar este artículo, la empresa Biomarin ha declarado en encuentros públicos que los resultados del estudio de fase 2 serán divulgados hasta fines del primer semestre de 2015. En esas reuniones, el desarrollador ha mencionado también que ellos están trabajando con la FDA, para poder testear otra dosis de BMN-111 en el estudio de fase 2 (leer este pequeño artículo anterior del blog). Aparte de eso, el laboratorio actualizó recientemente las informaciones del estudio de fase 2 para incluir un estudio de extensión a largo plazo para esos niños que participan del estudio. Éstas son señales que nos permiten sugerir que la droga no está mostrando problemas de seguridad relevantes, y que podría estar teniendo los efectos esperados en el crecimiento óseo. 


El siguiente (posible) paso: el estudio de fase 3?

Suponiendo que el estudio de fase 2 de BMN-111 será un éxito, el siguiente paso natural, después la presentación de sus resultados a la FDA, es conseguir la aprobación para el estudio  de fase 3. Un estudio de fase 3 es la clave para cualquier compuesto en desarrollo para convertirse en un fármaco en el futuro. En esta etapa, el producto se pondrá a prueba para confirmar su seguridad y eficacia en un mayor número de voluntarios de la población afectada. Normalmente, en el contexto de las enfermedades raras, un estudio de fase 3 requerirá no menos de 100 voluntarios. Es de esperar que se necesitarían otros centros de investigación, y posiblemente más países para alcanzar el número necesario de voluntarios para el estudio.

Dado el modelo corriente requerido por la FDA para estudios de fase 3, existe la posibilidad de que el estudio tenga un diseño controlado por placebo. Mi opinión es que este tipo de diseño podría ser cuestionado por razones éticas. Los niños tienen un tiempo limitado para crecer (por supuesto), y luego que los han incluido en un estudio de un medicamento que ya está mostrando efectos positivos sobre el crecimiento óseo (de nuevo, en el supuesto de que el estudio de fase 2 será un éxito) puedese imponer a los voluntarios expuestos al placebo una desventaja que no se podrá recuperar más tarde. 

Aunque la respuesta a la pregunta del estudio de fase 3 no se conoce desde el principio: ¿esto fármaco es  seguro y eficaz en una muestra representativa de la población afectada?, en lugar de comparar el fármaco candidato contra placebo, un mejor diseño sería utilizar lo mismo aplicado al estudio de fase 2 : la comparación de la tasa de crecimiento individual después de iniciar el tratamiento con la registrada antes.
¿Cuánto tiempo debe tener un estudio de fase 3 con BMN-111? Basado en la experiencia pre-clínica y en el diseño del estudio de fase 2, publicado en clinicaltrials.gov, es probable que va a durar por lo menos 6 meses. Un estudio controlado con placebo más largo también podría ser éticamente cuestionado por la misma razón expuesta anteriormente.

Bueno, eso es sólo una visión personal de lo que podría pasar después. Tenemos que esperar a los resultados del estudio de fase 2 y ver lo que realmente sucede. Apenas más tres meses ...


Referencias

1. Makrythanasis P et al. A novel homozygous mutation in FGFR3 causes tall stature, severe lateral tibial deviation, scoliosis, hearing impairment, camptodactyly, and arachnodactyly. Hum Mutat 2014;35(8):959-63.

 2. Yasoda A et al. Overexpression of CNP in chondrocytes rescues achondroplasia through a MAPK-dependent pathway.Nat Med 2004;10(1):80-6.

3. Miura K et al. An overgrowth disorder associated with excessive production of cGMP due to a gain-of-function mutation of the natriuretic peptide receptor 2 gene. PLoS One 2012;7(8):e42180. doi:10.1371/journal.pone.0042180. Free access.

4. Olney RC et al. Heterozygous mutations in natriuretic peptide receptor-B (NPR2) are associated with short stature. J Clin Endocrinol Metab 2006;91(4):1229-32. Free access.

5. Yasoda A & Nakao K. Translational research of C-type natriuretic peptide (CNP) into skeletal dysplasias. Endocr J 2010;57(8):659-66. Free access.

6. Kake T et al.  Chronically elevated plasma C-type natriuretic peptide level stimulates skeletal growth in transgenic mice. Am J Physiol Endocrinol Metab 2009;297(6):E1339-48. Free access.

7. Ono K et al.The ras-GTPase activity of neurofibromin restrains ERK-dependent FGFR signaling during endochondral bone formation.Hum Mol Genet 2013;22(15):3048-62. Free access.

8. Wendt DJ et al. Neutral endopeptidase-resistant C-type natriuretic Peptide variant represents a new therapeutic approach for treatment of fibroblast growth factor receptor 3-related dwarfism. J Pharmacol Exp Ther 2015;353(1):132-49. Free access.

9. Lorget F et al. Evaluation of the therapeutic potential of a CNP analog in a Fgfr3 mouse modelrecapitulating achondroplasia. Am J Hum Genet 2012;91(6):1108-14. Free access.