2021.06.03.30
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REVISION/REVIEW
Tecnología IgY: Estrategia en el tratamiento de enfermedades infecciosas humanas
IgY Technology: Strategy in the treatment of human infectious diseases
Nathaly, Cruz, Tipantiza 1 and Marbel, Torres, Arias 1,2
Available from:http://dx.doi.org/10.21931/RB/2021.06.03.30
RESUMEN
La aparición de microorganismos resistentes a antibióticos, el descubrimiento de nuevos agentes patógenos con potencial pandémico y el aumento de una población inmunocomprometida han dejado casi obsoleta la terapia antimicrobiana, terapia comúnmente usada para tratar enfermedades infecciosas. Por otro lado, las investigaciones acerca del uso del anticuerpo IgY para desarrollar inmunidad pasiva han demostrado el potencial que tiene la tecnología IgY para tratar enfermedades infecciosas víricas y bacterianas. Donde los anticuerpos IgY de aves se destacan por su alta especificidad, rendimiento y escalabilidad de producción a menor costo, con relación a los anticuerpos IgG de mamíferos. El objetivo de esta revisión es determinar la importancia del uso de los anticuerpos IgY como tratamiento terapéutico y profiláctico frente a los patógenos causantes de infecciones virales y bacterianas en humanos, mediante la recopilación de ensayos clínicos, productos comerciales y patentes registradas en el período de 2010-2021. Finalmente, con este estudio se estableció que la tecnología IgY es una herramienta biotecnológica versátil y eficaz para tratar y prevenir enfermedades infecciosas, al reducir los síntomas y la carga del patógeno.
Palabras clave: anticuerpo IgY, bacteria, terapia pasiva, virus.
ABSTRACT
The emergence of antibiotic-resistant microorganisms, the discovery of new pathogens with pandemic potential, and the rise of an immunocompromised population have rendered antimicrobial therapy, a commonly used therapy to treat infectious diseases, almost obsolete. On the other hand, research into the use of IgY antibodies to develop passive immunity has demonstrated the potential of IgY technology to treat viral and bacterial infectious diseases. Avian IgY antibodies stand out for their high specificity, performance, and scalability at a lower cost relative to mammalian IgG antibodies. This review aims to compile information on the use of IgY antibodies as therapeutic and prophylactic treatment against pathogens causing viral and bacterial infections in humans by collecting clinical trials, commercial products, and patents registered in 2010-2021. Finally, this study established that IgY technology is a versatile and effective biotechnological tool to treat and prevent infectious diseases by reducing symptoms and pathogen burden.
Keywords: IgY antibody, bacteria, passive therapy, virus.
INTRODUCCIÓN
Cuando un hospedero se encuentra en desequilibrio disminuye la capacidad de protección del sistema inmunológico permitiendo la entrada de microorganismos. Estos patógenos desencadenan una infección, que se define como “la presencia y multiplicación de un microorganismo en los tejidos, fluidos o cavidades de un huésped” 1. La colonización de los patógenos en conjunto con otros factores ambientales permiten la invasión del huésped generando daños a nivel local o sistémico, causando un infeccion 2.
Durante el siglo XIX era común el uso de sueros de origen animal (sueros heterólogos) para tratar enfermedades infecciosas, sin embargo la idea fue abandonada por la toxicidad asociada a su administración y la introducción de la quimioterapia antimicrobiana en 1909 3. A pesar de todo, las infecciones virales y bacterianas siguen siendo las principales causas de mortalidad y morbilidad en el mundo, representando aún un desafío en la salud humana 4. La pérdida de eficacia de la quimioterapia antimicrobiana se atribuye al aumento de individuos inmunodeprimidos, la reaparición de enfermedades que se consideraban ya erradicadas (sarampión, viruela), nuevos agentes infecciosos (SARS COV-2) y el desarrollo de resistencia a los antimicrobianos (RAM) 5,6. Por esta razón, se busca un tratamiento capaz de reconocer epítopos específicos, y así evitar la entrada, propagación, y neutralización de factores de virulencia sin dañar las células huésped. Permitiendo que el sistema inmunológico elimine los patógenos y evite desarrollar una infección crónica.
Por otro lado surge el interés por el uso de sueros de origen animal, generado por el sistema inmune de aves, dada su capacidad para generar anticuerpos que brindan inmunidad pasiva a su descendencia 7,8. Existen tres isotipos de inmunoglobulinas aviares: IgA e IgM presentes en la clara, e IgY presente en la yema; siendo este, el de principal interés terapeútico por su alta especificidad contra antígenos de mamíferos altamente conservados 9. Fue así que desde 1995 se asigna el término “tecnología IgY” al proceso de producción y aplicación de anticuerpos IgY aviares 10, reportandose aplicaciones en el área veterinaria, inmuno-diagnóstica y de investigación 11.
En el año 2010 empieza el apogeo de esta tecnología en la medicina humana como alternativa al uso de antibióticos y por su bajo costo de producción 12. Se ha documentado la eficacia del uso de IgY para tratar y prevenir infecciones bacterianas y víricas causantes de patologías como caries dental, periodontitis, gastritis, diarrea, entre otras 13. De forma general se ha visto que IgY facilita la eliminación del patógeno a través del intestino, evitando la replicación y propagación del mismo 9. Se ha evaluado la administración sistémica del anticuerpo IgY aviar en comparación con IgG de mamiferos, evidenciándose una acción más rápida y local 14. Asimismo, la inmunoterapia oral con IgY demostró su versatilidad y seguridad de uso al poder ser aplicada como fármaco y nutracéutico en un rango amplio de pacientes, desde recién nacidos, adultos, embarazadas hasta pacientes con inmunodeficientes e infecciones activas 15.
Tras una breve descripción de la tecnología IgY, sus ventajas y aplicaciones, esta revisión resume el uso potencial de IgY aviar como inmunoterapia contra infecciones bacterianas y virales en humanos. Para ello se recopiló mediante páginas web oficiales y bases de datos científicas los principales ensayos clínicos, patentes y productos comerciales disponibles en el período de 2010-2021.
Tecnología IgY
En 1893 el científico Felix Klemperer reporta el primer uso de IgY aviar (IgY antitoxina tetánica) para generar inmunidad pasiva en ratones, permitiendo que estos sobrevivan a dosis consideradas letales de esta toxina 16. Sin embargo, fue hasta el año 1959 donde el bienestar animal se convierte en una preocupación ética para la comunidad científica, lo que atrae nuevamente el interés por el experimento de Klemperer 17. Fue entonces, que desde la década de 1980 se empieza a desarrollar una amplia gama de aplicaciones para IgY, principalmente en investigación, diagnóstico e inmunoterapia en medicina veterinaria 12,18.
En 1995, el Doctor Claus Staak, asigna el término “tecnología IgY” al proceso de producción y aplicación de anticuerpos IgY aviares 10. De forma paralela en 1996, el Centro Europeo para la Validación de Métodos Alternativos (CEVMA) recomienda el uso de IgY como alternativa al uso de IgG de mamífero, convirtiendo la tecnología IgY en una práctica internacionalmente aceptada 19. Por último, a partir del año 2010 y hasta la actualidad se ha evidenciado un incremento del uso de IgY en la medicina humana como herramienta de diagnóstico e inmunoterapia 11,15.
Inmunoglobulina IgY vs Inmunoglobulina IgG
IgY es un isotipo de inmunoglobulina secretada por aves, anfibios, reptiles y peces pulmonados 20, es considerado el precursor evolutivo de IgG e IgE de mamíferos por su similitud funcional con ambos anticuerpos y a nivel estructural con IgE 21. A nivel inmunológico IgY es el equivalente de IgG de mamíferos, sin embargo, difieren en aspectos funcionales y estructurales. Por ejemplo, IgY posee una masa molecular (~180 kDa) en comparación a IgG (~160 kDa) 22 ya que posee cuatro dominios constantes en la cadena pesada (CH1-CH4) mientras que IgG solo posee tres (CH1-CH3). Asimismo, IgY carece de la región bisagra entre el dominio CH1 y CH2 al igual que IgE de mamífero 10. Esta ausencia otorga a IgY una flexibilidad restringida en comparación a IgG afectando su capacidad de precipitar antígenos multivalentes 23,24. No obstante, su limitada flexibilidad le ha permitido reconocer mejor los antígenos, es decir tener una alta especificidad, y además le ha otorgado una mayor resistencia a la degradación y fragmentación proteolítica, manteniéndose estable a temperaturas de entre 30-70°C y un pH de 3,5-11 25.
Estas diferencias estructurales y funcionales entre los anticuerpos IgY aviar y su homólogo IgG de mamífero le han concedido ciertas ventajas, como (1) generar una mayor respuesta inmune contra epítopos de proteínas conservadas y proteínas que evaden el sistema inmune de mamíferos 26, (2) disminuir la reactividad cruzada 27, (3) no activa el sistema complemento humano, y por último, (4) IgY reduce los falsos positivos en pruebas clínicas al carecer de los sitios de unión en la región
región Fc, por ejemplo, no reacciona con el factor reumatoide (RF)28, tampoco con los receptores Fc bacterianos (proteína A y G)29 ni con los aglutinógenos eritrocitarios A y B 30.
Modo de acción de IgY
En la actualidad, aún se desconocen los mecanismos específicos que emplea la inmunoglobulina IgY para proteger al huésped contra los patógenos 31, pero se sabe de forma general que combina las funciones de IgG: opsonizar y fijar antígenos e IgE: mediar reacciones anafilácticas, específicamente las de hipersensibilidad de tipo I o inmediato 32; por lo que se han propuesto mecanismos de acción generales para explicar las funciones efectoras que permiten la protección al huésped (Figura 1), como:
Aglutinación: IgY actúa como un “pegamento biológico”, al aglutinar e inmovilizar los patógenos y facilitar su eliminación por el intestino 11. Esto se afirma con el estudio de Tsubokura et al.33 al desarrollar IgY-anti Campylobacter jejuni y registrar una disminución del 99% de bacterias en el intestino, y un aumento del 80-95% de bacterias en los recuentos bacterianos fecales.
Bloqueo de adherencia: mecanismo principal de IgY, aprovecha su alta especificidad y permite unirse a epítopos particulares del patógeno, inhibiendo la adherencia de este a la superficie celular y previniendo la propagación intercelular (mecanismo común en virus) 34. Por ejemplo, Xu et al. 9 propone que si IgY se une a un antígeno de superficie (proteínas de la membrana, fimbrias o flagelos) que sea crucial para la colonización bacteriana, se lograría afectar las funciones normales de crecimiento, producción y liberación de toxinas.
Neutralización de toxinas: IgY puede evitar el desarrollo de una infección sin inhibir directamente al patógeno, al neutralizar las toxinas secretadas por los mismos y evitar el desarrollo de efectos fisiopatológicos que estos podrían desencadenar 35. Por ejemplo, la patente WO2013009843 describe las composiciones de IgY anti-LPS contra bacterias gastrointestinales en animales, demostrando ser eficaces en la disminución de toxinas y patógenos del tracto digestivo, además de registrar actividad antiinflamatoria 36.
Opsonización: la unión IgY-patógeno, genera alteraciones estructurales en el patógeno tornándolo más suceptible a fagocitarse. Por ejemplo, en el estudio in vitro de Lee et al. 37 se encontró que IgY- anti Salmonella typhimurium se unía a un antígeno de superficie de la membrana celular, generando alteraciones estructurales en la superficie bacteriana. Por otro lado se propone que IgY puede mejorar la capacidad fagócitica de las células inmunes del hospedero, pese a carecer del sitio de unión de la región Fc. Esto se evidencio en el estudio de Zhen et al. 38 donde la IgY- anti Escherichia coli mejoró la actividad fagocitica de macrófagos y neutrófilos.
Figura 1. Mecanismos de acción de anticuerpos IgY .
Productividad de IgY de la yema del huevo
IgY es el único anticuerpo aviar capaz de transferirse de la sangre de su progenitora a los oocitos maduros, otorgando protección al embrión de posibles infecciones patogénicas 39. En base a este principio inmunológico y considerando que la yema de huevo es una fuente económica y accesible para obtener anticuerpos, la tecnología IgY desarrolla una metodología práctica, repetible, segura y de bajo costo para la producción de IgY 30. Se comienza por inmunizar a las gallinas (por vía subcutánea, intramuscular o intradérmica), con el fin de desarrollar una respuesta inmunológica adaptativa humoral 40. Para ello se pueden utilizar diferentes tipos de antígenos como patógenos inactivados, proteínas recombinantes o proteínas obtenidas de ADN plasmídico 41. Una vez inmunizada el ave, el antígeno se procesa y genera los anticuerpos IgY que por inmunidad pasiva se transfieren del plasma sanguíneo a la yema del huevo, este traspaso se da a partir del quinto o sexto día post inoculación 42. Tras obtener el huevo, se separa la yema de la clara y se procede a remover la fracción lipídica por delipidación 43. Se recupera la fracción acuosa y se precipita con polietilenglicol o sales de amonio o sodio, obteniendo un pellet de proteínas totales en donde se encuentran las IgY 44. Por último se realiza una purificación por técnicas cromatográficas o de ultrafiltración, y se cuantifica la concentración de anticuerpo IgY obtenido 45.
La eficiencia de producción de la tecnología IgY para obtener un anticuerpo con alto rendimiento, pureza y actividad depende de varios aspectos como (1) la raza y dieta de las aves, siendo las mejores razas de gallinas ponedoras ISA Brown y Lohmann Selected Leghorn. Por otro lado Villaguala et al.46 propone evaluar la relación yema:albúmina, independientemente de la raza al considerar una relación directa para obtener una concentración mayor de IgY. (2)La modulación de la respuesta humoral donde se vio que la vía intramuscular produce niveles más altos que la subcutánea 47. (3) El uso o no de inmunoestimulantes o adyuvantes, donde los adyuvantes a base de aceite, como el adyuvante completo de Freund (FCA) y el incompleto (FIA) siguen siendo los adyuvantes de elección en producción 48, sin embargo, se sabe que estos desencadenan efectos secundarios en el ave. Lévesque et al. 49 ha propuesto la adición de inmunoestimulantes CpG ODN en conjunto con el adyuvante FIA, al conseguir aumentar la producción de IgY específica hasta en un 480%. (4) El tiempo y refuerzo del antígeno, considerando que la concentración en la yema es directamente proporcional al tiempo de exposición del antígeno en el ave 50. Y por último, (5) el método de purificación aplicado, las técnicas de cromatografía y UF son útiles a nivel de laboratorio, sin embargo, la aplicación de estos métodos para la producción de IgY a gran escala se limita por problemas relacionados con la seguridad alimentaria y los altos costos 51. A nivel industrial se emplean coagulantes polisacáridos naturales como pectina, alginato de sodio, goma xantana, carboximetilcelulosa y carragenina, obteniéndose una precipitación de más del 90% de las lipoproteínas de la yema 48. De esta forma, la Tecnología IgY ha reportado altos rendimientos de producción, obteniendo 300-325 huevos al año por gallina inmunizada de los que se extraen de 100-150 mg de IgY por yema con una especificidad del 5 al 10% contra el antígeno inoculado 31,52.
Por otro lado, IgY se puede conservar por hasta 6 meses a temperatura ambiente, por hasta 3 meses a temperaturas de hasta 50°C, y de 5-10 años a 4°C 11. A largo plazo se recomienda conservarlas a un máximo de -20°C 53 o liofilizadas 44. En la industria farmacéutica y alimenticia es común almacenar las IgY en forma pulverizada, tras aplicar un secado por atomización 54; además, se suelen adicionar estabilizadores como carbohidratos, azúcares, polioles y otros complejos, para aumentar la estabilidad térmica y de pH de IgY 55.
Aplicaciones de IgY
La tecnología IgY ha evolucionado drásticamente en los últimos años, y es gracias a su estructura, propiedades y características lo que la han convertido en uno de los principales anticuerpos terapéuticos y profilácticos contra enfermedades en animales y humanos 24. Ha logrado abarcar una gran variedad de campos, desde el área de diagnóstico e investigación, hasta la de producción alimenticia y farmacológica 13. A continuación, se abordará de forma rápida algunas aplicaciones potenciales del anticuerpo IgY (Figura 2), para una revisión más detallada, véanse las ref. 10, 13 y 48.
IgY para inmunoensayos
La alta sensibilidad, especificidad y avidez de IgY la han convertido en un componente esencial para inmunoensayos cuantitativos y cualitativos 18. Se ha utilizado IgY como biomarcador de calidad ambiental y seguridad alimentaria 56,permitiendo detectar sustancias como: fármacos residuales, alérgenos, hormonas, toxinas, antígenos (de origen viral, bacteriano, parasitario, vegetal o animal) 57–59, entre otros. También se ha utilizado como reactivo inmunodiagnóstico, donde la avidez de IgY con proteínas conservadas de mamíferos la han convertido en el sustituto de IgG en pruebas clínicas al eliminar falsos positivos y disminuir interferencias 10, incluso se ha usado en la detección y cuantificación de biomarcadores de cáncer gástrico 60,cáncer de mama y ovario 61. Además, Zhang et al 62 demostró que IgY se puede utilizar como un anticuerpo secundario, al ser capaz de conjugarse con las enzimas (peroxidasa e isotiocianato), reaccionar con el anticuerpo primario (IgG de ratón) y amplificar las señales antígeno-anticuerpo.
En consecuencia, IgY ya se aplica a varios formatos de inmunoensayos, tales como: ELISA 63, Western blot 45, cromatografía 64, ensayos inmunoenzimáticos 65, ensayos de fluorescencia 66, entre otros.
IgY como suplemento
El interés del consumidor por llevar un estilo de vida más sano, ha permitido que durante los últimos 20 años se produzca y utilice de forma masiva anticuerpos IgY en forma de suplemento funcional 13. Se han desarrollado suplementos nutricionales, cosméticos y farmacéuticos que se pueden ingerir de forma segura, mejoran la calidad de vida de humanos y animales domésticos 67.
IgY como agente antitoxinas
La administración sistemática de IgY ha reportado una nula inflamación inespecífica y un bajo índice de efectos secundarios 68, que en combinación con su función efectora de neutralización de toxinas la han convertido en una estrategia perfecta para el desarrollo de antídotos 69. Por ejemplo, en países tropicales y subtropicales la mordedura de serpientes venenosas, escorpiones y arañas representan aún un peligro para la salud pública 70, comúnmente se utilizan inyecciones con sueros producidos en caballos, cabras y ovejas, pero estos inducen efectos secundarios como la enfermedad del suero o shock anafiláctico 71. Thalley et al. 72 demostró a nivel in vivo el uso de IgY como antitoxina contra serpientes cascabel y escorpiones, siendo esta capaz de neutralizar los efectos letales y actuar como antídoto de amplio espectro. De igual forma, LeClaire et al. 73 reportó el desarrollo y uso de IgY anti-enterotoxina B estafilocócica (SEB), un agente microbiano letal utilizado en guerras biológicas, donde IgY actuó como agente anti bioterrorista al reducir la cantidad de citotoxinas inflamatorias y proteger a ratones y simios de dosis letales de SEB administradas en forma de aerosol.
IgY como agente antitumoral
La supresión de la respuesta del sistema apoptótico en conjunto con la auto-renovación y supervivencia de las células tumorales, generan resistencia a la quimioterapia, tratamiento común para tumores 74. Es aquí donde IgY se muestra como un potencial agente antitumoral al inducir la apoptosis en células cancerosas. Por ejemplo, Xiao et al. 75 demostró que IgY anti- HER2 conjugadas con nanotubos de carbono permiten la destrucción selectiva de células de cáncer de mama. Por otro lado, Chávez et al.76 evidenció que IgY-anti-abrina ejercia actividad citotóxica contra el biomarcador de células (CD133) en glioblastoma.
IgY como agente antiobesidad
La obesidad es una enfermedad grave de la sociedad actual, considerada como un trastorno metabólico de lípidos y enzimas; por ello se han propuesto desarrollar fármacos con inhibidores de lipasa pancreática, tanto naturales como sintéticos 77. Hace poco Hirose et al. 78 desarrolló una IgY anti-lipasa, que tras probarse a nivel in vivo e in vitro, redujó el tejido adiposo y el nivel de grasa hepática en sangre. IgY actuó como agente antiobesidad, al inhibir y reducir la absorción intestinal de lipasa, y aumentar la excreción fecal de triglicéridos.
IgY como agente antiinfeccioso
La prevención y tratamiento temprano de enfermedades infecciosas es indispensable para combatir la morbilidad y la mortalidad asociada a patógenos como: virus, bacterias, parásitos y hongos 3. La capacidad de IgY para neutralizar y eliminar patógenos a través del intestino lo han convertido en un potencial agente antiinfeccioso. Por ejemplo, la inmunoterapia antimicótica con IgY se ha vuelto atractiva como complemento a los fármacos antimicóticos existentes, asociada a micosis invasiva 79. Se han desarrollado preparaciones a base de IgY que inhiben la adhesión y disminuyen la colonización del hongo Candida albicans 80, un gel de uso oral desarrollado por Takeuchi et al. 81. Asimismo se ha reportado el uso de IgY en parasitología, como método de diagnóstico temprano 82 83. Thirumalai et al. 31 demostró que las preparaciones de IgY policlonal son la forma más experimentada y adecuada de inmunoterapia, puesto que se pueden aislar grandes cantidades con una alta especificidad. Por ejemplo, Sampaio et al. 82 y Grando et al. 84 evaluaron el potencial terapéutico de IgY- anti Trypanosoma, a nivel in vitro e in vivo, reportando un aumento en la viabilidad de las células y la supervivencia de los animales infectados. Asimismo Espín et al. 85 desarrolló una IgY anti- Leishmania mexicana, que permite detectar concentraciones mínimas (5-50 μg/mL) del parásito.
IgY para contrarrestar respuestas autoinmunes
IgY ha demostrado un potencial para disminuir las respuestas autoinmunes asociadas a enfermedades y alérgenos. Husby et al. 86 desarrolló una IgY anti-gliadina (glicoproteína presente en cereales) para tratar la enfermedad celíaca, enfermedad generada por la intolerancia al glúten, consiguiendo inhibir la absorción de gliadina y evitar la respuesta inflamatoria. Worledge et al. 87 reportó el uso de IgY anti- TNFα (factor de necrosis tumoral) para tratar la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa, consiguiendo un efecto preventivo y más eficaz que los fármacos antiinflamatorios. Incluso se ha desarrollado una IgY (IgY- anti αGal) que evita el rechazo de xenotrasplantes en primates, al impedir que los anticuerpos naturales xenoreactivos interactúan con el tejido porcino trasplantado 88. Por último, se ha empleado IgY como agente anti-alergénico (Figura 2), Wei-xu et al. 89 evaluó el efecto de IgY- anti IL-β1/TNF-α en cobayas con rinitis alérgica, donde observó una reducción del número de eosinófilos, neutrófilos y linfocitos en los pulmones.
Figura 2. Aplicaciones del anticuerpo IgY.
IgY como terapia de infecciones humanas
En la actualidad se exige una constante demanda de terapias que desarrollen inmunidad inmediata y a largo plazo, con una producción continua y escalable, que garantice pureza y suministro constante 90. Los anticuerpos IgY se muestran como una inmunoterapia pasiva prometedora y eficaz en el tratamiento de muchas infecciones 91, principalmente del sistema respiratorio, digestivo y oral 92. A continuación, se abordará el uso de IgY para la prevención y terapia de infecciones bacterianas y virales, mediante la recopilación de ensayos clínicos registrados (Tabla 1), patentes (Tabla 2) y productos comerciales (Tabla 3) desarrolladas en el periodo de 2010-2021.
Infecciones bacterianas
Los patógenos bacterianos se caracterizan por su capacidad de replicarse de forma autónoma y por secretar factores de virulencia fácilmente propagables como: toxinas, pigmentos, proteínas y moléculas de señalización 93. Que en conjunto con la aparición de bacterias multirresistentes, por el uso indiscriminado de antibióticos, ha convertido las infecciones bacterianas en una amenaza para la salud pública en todo el mundo 94. Como alternativa al uso de antibióticos se propone utilizar anticuerpos IgY, puesto que su capacidad de adhesión disminuye y previene la colonización bacteriana, sobre todo en la etapa inicial, impidiendo que se transformen en infecciones crónicas 10.
Se ha evaluado el uso de IgY contra patógenos de la cavidad oral, tales como Prevotella intermedia 95, Fusobacterium nucleatum 42, Streptococcus mutans 96, Porphyromonas gingivalis 97, entre otras. Tras la administración oral de IgY en pastillas, sprays y enjuagues bucales (Tabla 1) se evitó desarrollar caries, acumular placa dental y posibles reinfecciones, incluso trataron la periodontitis y gingivitis 98. Tambíén, se ha administrado IgY de forma intranasal contra patógenos del tracto respiratorio, tales como Mycobacterium tuberculosis 99, Staphylococcus aureus 100 y Pseudomona aeruginosa 101. Donde IgY neutralizó los patógenos en el tracto respiratorio y pulmones, además se vio que al utilizar IgY como adyuvante de antibióticos este permite reducir la colonización en los pulmones 102.
Por otro lado, los principales patógenos asociados a intoxicaciones alimentarias y gastritis son las bacterias gastrointestinales Escherichia coli, Salmonella spp. 103, Clostridium difficile 104, Helicobacter pylori 105,106, Vibrio cholerae 107, entre otras. Es necesario eliminar patógenos del estómago para evitar que se desarrollen afecciones más severas como úlceras y cáncer de estómago 108. Se han realizado ensayos clínicos para investigar el efecto de IgY por administración oral, en fármacos (GastimunHP y GastimunHp Plus) y suplementos dietéticos (IM-01) (Tabla1), donde se evidencia de forma general que estos brindan protección contra enterobacterias y mejoran los síntomas clínicos como la diarrea 109. Asimismo, se ha evaluado el uso de IgY contra bacterias asociadas al desarrollo de acné (Propionibacterium acnes) y dermatitis atópica (Staphylococcus aureus) 110, donde IgY ha permitido controlar la secreción de enterotoxinas y mejorar la barrera cutánea 100.
Finalmente, se ha evaluado el uso de IgY contra bacterias resistentes a antibióticos betalactámicos como Acinetobacter baumannii 111, Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli (Tabla 1), logrando erradicar el transporte intestinal de las enzimas BLEE (betalactamasas de expectro extendido) responsables de generar resistencia a este tipo de antibióticos 12.
Infecciones Virales
Los virus son organismos contagiosos con una alta capacidad de adaptabilidad y potencial pandémico, que se caracterizan por utilizar las vías del propio huésped para replicarse y propagarse 112. Pese a que ya se disponen de vacunas para algunas enfermedades virales, estas generan incertidumbre acerca de su eficacia, capacidad de producción y entrega masiva 113. Es así, que en 1990 el desarrollo de IgY anti-rotavirus 114 válida el uso de la tecnología IgY como tratamiento de infecciones virales, puesto que, responde a la necesidad urgente de producir anticuerpos contra componentes virales específicos en un corto tiempo, un bajo costo y sin dañar las células huésped 92.
Se ha propuesto el uso de IgY para tratar infecciones causadas por virus altamente contagiosos y mortales como el ébola 115, hepatitis 116, dengue 117,118, zika 119, entre otros; donde la IgY ha permitido neutralizar la replicación viral, atenuar la infección y disminuir la letalidad en infecciones leves y asintomáticas.
Ademas la administración oral de IgY para tratar infecciones gastrointestinales asociadas a rotavirus y norovirus. En el ensayo clínico del producto PTM202 con IgY- anti rotavirus que se probó en niños con diarrea, tras su aplicación se mejoraron los síntomas asociados como la diarrea y fiebre (Tabla 1) 120. Por otro lado, Dai et al. 114 evalúo la producción a gran escala de IgY anti-norovirus, obteniéndose en tan solo 3 meses concentraciones de 4,7-9,2 mg/mL de yema de huevo, demostrando el potencial antiviral y diagnóstico de IgY.
En infecciones respiratorias virales los primeros informes de utilización de la
tecnología IgY fue hace 20 años, al aplicar IgY por administración intranasal en modelos animales y tener éxito en virus como: virus sincitial respiratorio, virus de la gripe, virus de Sendai, entre otros 9. Posteriormente se logró llegar a ensayos clínicos en humanos para los virus de la influenza A (H1N1 121 y H5N1 122), influenza B 123, Hantavirus 124,125, SARS 54, entre otros. Donde IgY consiguió neutralizar la infectividad y reducir la replicación de estos virus en los pulmones, previniendo síndromes respiratorios agudos y graves.
IgY como potencial inmunoterapia para el COVID-19
En diciembre de 2019 en Wuhan-China se reportó un grupo de pacientes con neumonía asociada al coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo 2 (SARS-CoV-2) 126, virus que ha mostrado una alta letalidad infecciosa y significativa mortalidad. Esta infección respiratoria se caracteriza por su alto grado de propagación y adaptabilidad, que en conjunto con las malas prácticas de bioseguridad ejecutadas por la población han permitido que se desarrolle la actual pandemia del COVID-19 92. En consecuencia ha sido de suma urgencia el desarrollo de terapias y profilácticos efectivos 127. En base a la experiencia con el tratamiento del SARS, Fu et al. 54 propone una combinación de vacuna, inmunización pasiva y fármacos, para controlar de forma eficaz este tipo de infecciones.
La proteína pico (S) del SARS está compuesta por dos subunidades, la subunidad S1 que contiene el dominio de unión al receptor (RBD) y la subunidad S2 que media la fusión entre el virus y la célula huésped 128. Por esta razón la proteína S se ha convertido en el principal epítopo para desarrollar medicamentos antivirales, vacunas y anticuerpos 129. Tomando en cuenta esta noción, la tecnología IgY se muestra como un potencial material clínico antiinfeccioso. Lu et al. 130 desarrolló IgY-S específica para el epítopo SIIAYTMSL de la proteína S, epítopo que se superpone a la región de escisión de las subunidades S1 y S2. IgY-S exhibió una alta inmunorreactividad en ensayos ELISA y su uso permitiría prevenir la infección de las células mediante un bloqueo físico. Es decir, IgY- S evita el acceso de las enzimas proteolíticas al sitio de escisión S1/S2 y se evade la fusión de la membrana de las células y el virus. Somasundaram et al. 131 propone desarrollar un anticuerpo recombinante de fragmento variable de cadena única (scFv) contra la subunidad S1, puesto que, IgY monoclonal ha demostrado ser más específica en comparación con IgY policlonal al reconocer un único epítopo. Se propone obtener esta IgY monoclonal anti S1 mediante tecnología de presentación de fagos ya que esta tecnología es más estandarizada, reproducible y adecuada para la producción a gran escala. Asimismo, a nivel preclínico se ha desarrollado el aerosol nasal IGY-110 que busca neutralizar el SARS-CoV-2 en la cavidad nasal, área primaria de infección 132. Por otro lado, se ha empezado a reclutar pacientes para probar la seguridad y tolerabilidad de IgY anti-SARS-CoV-2 (Tabla 1) administrada por vía intranasal en participantes sanos, con el fin de prevenir la infección.
Esta lista incluye ensayos clínicos registrados en bases de datos de organizaciones gubernamentales de EEUU ( https://clinicaltrials.gov/), Japón (https://www.umin.ac.jp/ctr/ ) y Europa (https:// www.clinicaltrialsregister.eu/ ), las bases de datos se accedieron por última vez el 15 de enero de 2021.
Tabla 1. Principales ensayos clínicos de anticuerpos IgY como tratamiento terapéutico y profiláctico de infecciosas víricas y bacterianas en humanos. Se incluyó únicamente ensayos clínicos registrados en las bases de datos gubernamentales de Clinical Trials de EEUU, Europa y Japón durante el periódo de 2010-2021.
Patentes de IgY
IgY ha demostrado a lo largo de la historia tener un amplio potencial para desarrollar aplicaciones a base de inmunización pasiva, a partir del año 2000 el aumento de investigaciones y publicaciones 12. Leiva et al. 143 menciona que a partir del 2010 se empiezan a generar patentes de IgY asociadas al diagnóstico, terapia y profilaxis en medicina humana, principalmente en patologías como periodontitis, gingivitis, úlceras gástricas, infecciones asociadas al virus del papiloma humano, disbiosis, problemas nutricionales y metabólicos.
Hay que considerar que la estructura de la inmunoglobulina IgY no es patentable, no obstante, es posible patentar el método de preparación de IgY (obtención, purificación y conservación), su forma de producción y el producto a base de IgY 18. Por ejemplo, la solicitud de patente WO2016191389 establece un nuevo método para preparar IgY contra las bacterias causantes de periodontitis (Porphyromonas gingivalis / Streptococcus mutans/ Aggregatibacter actinomycetemcomitans) mediante la inmunización de gallinas con polipéptidos sintéticos 144. Asimismo, la solicitud de patente WO2014011853 describe el método para la producción a gran escala de IgY-anti-NoV P (proteína de la cápside de norovirus) mediante la inmunización de las gallinas con partículas recombinantes de norovirus, además estandariza las condiciones en las que IgY se logra mantener estable (70 °C durante 30 minutos o a un pH de 4-9 por 3 h 145). En el caso de productos patentados a base de IgY tenemos la solicitud de patente CN104739719, una fórmula de una pasta de dientes a base de IgY anti-S. mutans con compuestos como lisozima y extractos de plantas.
En la tabla 2 se presentan más patentes de IgY como inmunoterapia de infecciones virales y bacterianas en humanos, para ello, se revisaron las patentes registradas entre 2010-2021 en la base de datos Patentscope.
Tabla 2. Patentes de IgY como inmunoterapia de infecciones bacterianas y víricas en humanos. Abreviaturas NoV P: proteína de la cápside de norovirus; VPH: virus del papiloma humano ; L1: proteína de la cápside del virus del papiloma humano ; E6/E7: oncoproteínas del virus del papiloma humano
Productos comerciales de IgY
Desde hace más de 20 años se ha registrado un incremento en la comercialización de IgY a nivel mundial buscando promover la salud de los seres humanos y animales 155, donde se ha visto que los fundadores, líderes y expertos en tecnología IgY son los países asiáticos tales como Corea del Sur, Japón, China y Vietnam. Este incremento en la comercialización de IgY se refleja con la variedad de ensayos clínicos con resultados alentadores que se han logrado patentar y llevar al mercado como fármacos y suplementos nutracéuticos, basados en formulaciones monoespecíficas o mixtas de IgY (Tabla 3) 67,68. La administración parenteral de IgY mediante formulaciones orales e intranasales son las más comunes, ya que permiten mantener estable IgY a temperatura ambiente por más tiempo. Además, cuentan con un registro de perfil de seguridad al usar IgY en forma de huevo entero en polvo, la yema entera en polvo o únicamente la IgY purificada 13,
En el ámbito veterinario se ha utilizado IgY en animales domésticos para mejorar la eficiencia de su alimentación, la tasa de crecimiento y de forma general la salud del animal 156. Aquí encontramos empresas como Aova Technologies que ofrece la línea de productos BIG™ para ganado y peces utilizados en acuicultura 157. PRN Pharmacal con el suplemento alimenticio GastroMate® que apoya la salud digestiva de perros y cachorros 158. BIOINNOVO con el polvo IgY DNT que se incorpora a la dieta láctea de terneros para controlar agentes como rotavirus A, coronavirus, Escherichia coli y Salmonella 159. Trouw Nutrition con la línea Protimax® para ganado con productos como: Protimax®-T Forte para aumentar el peso y prevenir infecciones por patógenos entéricos como Escherichia coli , Salmonella, Clostridium perfringens, rotavirus, coronavirus y Cryptosporidium; y EggMotion como suplemento alimenticio para la salud intestinal de mascotas 160.
Igualmente, en el ámbito de la salud humana se han desarrollado una variedad de productos de consumo diario que van desde lácteos y pastillas hasta cremas, jabones y mascarillas (Tabla 3). Básicamente estos productos fortalecen el sistema inmune y previenen la adhesión de patógenos en la boca, tracto gastrointestinal y rostro 67,161. Existen empresas que han desarrollado productos para uso humano y animal. Pharma Foods International Co. Ltd con el ingrediente funcional Ovopron IgY para el tratamiento y prevención de infecciones asociadas a Helicobacter pylori en humanos (Tabla 3). Arkion Life Sciences con su la línea i26® Companion para mascotas que ayuda en la salud bucal y sensibilidad digestiva, mejorando la salud de articulaciones, piel y pelaje. Suplementos para humanos como i26® un suplemento probiótico y Muno-IgY ™ como suplemento dietético 162(Tabla 3). También tenemos a EW Nutrition con la línea Globigen® para mejorar la nutrición y el estado de salud intestinal de rumiantes y porcinos jóvenes durante el período de destete. Dentro de esta línea encontramos productos como: Globigen Jump Start , Globigen Sow y Globigen Life Start. Por otro lado, desarrolló el suplemento alimenticio y cosmético Ovalgen® para el cuidado de la salud humana. Se ha utilizado Ovalgen® como ingrediente funcional de la serie de productos IgYGate®: GastimunHP y GastimunHP Plus para el tratamiento de gastritis y úlceras gástricas, IgYGate®-F contra gripes estacionales ,y como herramienta de apoyo al tratamiento de caries y gingivitis IgYGate® DC-PG 163(Tabla 3). Por último, Dan Biotech Inc. con su línea Ig-Lock® permite prevenir y controlar infecciones intestinales asociadas a Escherichia coli, parvovirus, coronavirus y adenovirus en animales domésticos como perros, aves de corral, ganado vacuno y porcino. Por otro lado, para humanos desarrollo la línea Cleanato® para el cuidado de la piel y Ulcer lock® / Gasto lock® para el fortalecimiento gastrointestinal 164 (Tabla 3).
Tabla 3. Productos suplementados con IgY para uso humano. Datos tomados de la base de datos Patentscope
Ventajas de la Tecnología IgY
Como se ha visto el uso de tecnología IgY en relación a anticuerpos convencionales traen un serie de ventajas como: (1) reemplaza el sangrado de los animales por la recolección de huevos, promoviendo el bienestar animal y disminuyendo el sufrimiento asociado a manipulaciones dolorosas 155, (2) se necesita una baja carga de antígeno para inducir una respuesta inmune específica 156, (3) tiene una alta escalabilidad de producción a un menor costo y tiempo, aproximadamente cinco semanas desde el período de inmunización 44, (4) gracias a su especificidad y acción in situ, no inducen resistencia bacteriana o alteraciones en la flora microbiana normal 67, (5) no genera efectos secundarios tóxicos ya que al estar purificada no contiene albúmina, por lo que, puede incluso utilizarse en pacientes con alergia al huevo 34, (6) al ser una tecnología de inmunización pasiva es aplicable en un rango de edad amplio de pacientes, desde recién nacidos hasta adultos incluidos pacientes inmunodeficientes y embarazadas 92, (7) posee una mayor estabilidad en comparación a anticuerpos mamíferos, esto gracias a su composición genética más sencilla 171, (8) tiene una amplia versatilidad permitiendo utilizarse como anticuerpo policlonal, monoclonal, fragmentado o quimérico 172, y por último (9) ejerce un efecto antimicrobiano e inmunoestimulante adicional gracias a la presencia de proteínas bioactivas encontradas en las preparaciones de IgY en forma de huevo entero en polvo o yema entera en polvo, tales como fosfoproteína fosvitina 173 y derivados del ácido siálico (propiedades antivirales) 174.
CONCLUSIONES
Como se ha visto desde los años 80 hasta la actualidad la tecnología IgY se ha empleado como una herramienta diagnóstica, terapéutica y profiláctica, logrando posicionarse a nivel industrial y comercial en todo el mundo. El uso de huevos como fuente de anticuerpos IgY ha permitido desarrollar una metodología de producción práctica, escalable y de bajo costo. Estos anticuerpos IgY aviar han atraído cada vez más la atención de la comunidad científica para reemplazar a los anticuerpos IgG de mamíferos, puesto que, sus particularidades estructurales y funcionales le han otorgado una mayor especificidad, baja reactividad cruzada y alta vida media circulante. En cuanto a su modo de acción se han descubierto los mecanismos de acción general, donde si bien IgY no ejerce una erradicación microbiana total permite reducir significativamente la carga de patógenos hasta el punto en el que la propia inmunidad del paciente puede erradicarlos. Se han propuesto que las funciones efectoras de IgY son: el bloqueo de adherencia del patógeno, neutralización de epítopos específicos incluidos toxinas, opsonización del patógeno y formación de aglutinados de antígenos-anticuerpos para eliminarlos a través del intestino.
Desde 2010 se registra una mayor acogida de la tecnología IgY en la medicina humana gracias a sus propiedades antiinfecciosas, antitumorales, antitoxinas, antiinflamatorias y antiobesidad. Afirmando que el uso de anticuerpos IgY permite tratar y prevenir infecciones víricas y bacterianas. Este hecho se evidencia con el incremento de ensayos clínicos, patentes y productos a base de IgY, por ejemplo, ya se comercializan una gran variedad de productos de consumo diario, tales como: fármacos, cosméticos, filtros de mascarilla, suplementos y nutracéuticos. Además el uso de IgY en lugar de antibióticos para tratar este tipo de infecciones responde a la grave problemática de salud que representa el desarrollo de patógenos resistentes a antimicrobianos.
Por último, como hemos visto el mundo se enfrenta a uno de los mayores desafíos sanitarios con la actual pandemia del COVID-19, evidenciando la necesidad urgente de nuevas o mejoradas terapias. Y como alternativa del uso de la tecnología IgY como herramienta biotecnológica segura, eficaz, económica y versátil para disminuir la incidencia, prevalencia y severidad de varias enfermedades infecciosas.
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Recibido: 23 Febrero 2021
Aceptado: 15 Junio 2021
Nathaly, Cruz, Tipantiza 1 and Marbel, Torres, Arias 1,2
1 Departamento de Ciencias de la Vida y la Agricultura, Carrera de Ingeniería en Biotecnología, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE.
2 Laboratorio de Inmunología y Virología, CENCINAT, GISAH, Universidad de las Fuerzas Armadas, ESPE.
Av. General Rumiñahui S/N y Ambato, PO BOX 171-5-231B, Sangolquí, Pichincha, Ecuador.
Corresponding author: [email protected]