Los tres científicos que descubrieron la terapia basada en GLP-1 para la obesidad ganaron el premio de investigación médica clínica Lasker-DeBakey 2024

Enganchando una nueva hormona

A mediados de la década de 1970, Habener, un endocrinólogo recién nombrado, instaló su laboratorio en el Hospital General de Massachusetts y pronto la diabetes llamó su atención. Normalmente, la glucosa incita al páncreas a liberar insulina, lo que hace que el azúcar salga del torrente sanguíneo y llegue a las células. En la diabetes, la escasez de insulina mantiene altos los niveles de glucosa en sangre mientras las células mueren de hambre. Aunque el suministro de insulina sustentaba una forma de terapia, los investigadores estaban explorando tácticas alternativas. Se pensaba que otra hormona pancreática, el glucagón, aumenta las concentraciones de azúcar en la sangre, por lo que frustrarla podría beneficiar a las personas con diabetes.

Habener decidió utilizar las nuevas herramientas de la biología molecular y aislar el gen que codifica el glucagón. Las directrices de los NIH sobre la investigación del ADN recombinante de la época restringían la manipulación de genes de mamíferos, por lo que se centró en el rape, que ofrecía una ventaja, ya que contiene un órgano especial que produce generosas cantidades de glucagón.

Los científicos sabían que las hormonas peptídicas activas se liberan de proteínas más grandes mediante enzimas que cortan en lugares específicos. En 1982, Habener informó que el gen del glucagón de pescado codifica una proteína precursora prevista que contiene glucagón y, además, un segundo péptido que se parece al glucagón. El mismo par de aminoácidos, lisina-arginina, que marcan los sitios de escisión en otras proteínas precursoras de hormonas aparece en varios puntos. Cortar allí liberaría glucagón y el segundo péptido.

Al año siguiente, Graeme Bell (Chiron Corporation) descubrió que el gen que codifica el glucagón de hámster también codifica una versión del segundo péptido de pez, al que llamó péptido similar al glucagón-1 (GLP-1). Siguieron resultados similares en humanos y otros mamíferos.

¿Un paso de procesamiento pasado por alto?

En ese momento, la química Svetlana Mojsov de la Universidad Rockefeller se había convertido de forma independiente en una aficionada al glucagón. Quería idear una forma de producir grandes cantidades para estudios mecanicistas. Como parte de este esfuerzo, había estudiado minuciosamente la estructura de la hormona como estudiante de posgrado, becaria postdoctoral e investigadora. El asesor de tesis de Mojsov, Bruce Merrifield (Premio Albert Lasker de Investigación Médica Básica en 1969; Premio Nobel de Química en 1984), había inventado la llamada síntesis de proteínas en fase sólida y, a mediados de la década de 1970, se había convertido en la técnica preferida para producir rápidamente abundante proteína. Suministros de material limpio.

Desafortunadamente, debido a las peculiaridades químicas del glucagón, ciertos aminoácidos sufren reacciones secundarias con el ácido fuerte que requiere el proceso. Por esta razón, la sabiduría convencional sostenía que el glucagón no se prestaba al método de fase sólida.

Este obstáculo no disuadió a Mojsov. Concibió una estrategia alternativa que evitaba los ácidos fuertes. Además, su enfoque produjo un grado de pureza nunca antes alcanzado para la síntesis de péptidos. Los altos rendimientos y la ausencia de contaminantes resultarían cruciales para numerosos aspectos de su trabajo futuro.

En 1983, cuando Mojsov se trasladó al Hospital General de Massachusetts como directora de sus instalaciones de síntesis de péptidos, había mejorado el esquema y había comenzado a aplicar su experiencia al GLP-1. El péptido la intrigó en parte porque pensó que podría llenar un vacío de larga data. A principios del siglo XX, los científicos propusieron que las sustancias del intestino estimulan al páncreas para producir hormonas. En 1964 surgieron pruebas sólidas de tales 'incretinas', cuando los investigadores demostraron que la glucosa ingerida provoca una mayor liberación de insulina que la glucosa inyectada. Concluyeron que algo en el intestino provoca la secreción de insulina. Hasta ahora, dichas incretinas habían eludido la identificación y el GLP-1, un péptido previamente desconocido que se asemeja a una hormona (glucagón) que se sabe que influye en los niveles de azúcar en la sangre, brillaba como candidato.

Mojsov se quedó perplejo sobre la secuencia predicha de la supuesta cadena de 37 aminoácidos del GLP-1. La presencia de los mismos aminoácidos en las mismas posiciones de diferentes proteínas sugiere que realizan una función importante; sin embargo, el GLP-1 comienza con una serie de seis aminoácidos que no existen en el glucagón u otros parientes moleculares. Mojsov observó una arginina en la posición 6. Las argininas son recortadas por enzimas humanas bien conocidas, y si el GLP-1 comenzara después de ese aminoácido, el péptido resultante (que ahora tiene 31 aminoácidos de longitud en lugar de 37) se alinearía perfectamente con su familia de glucagón. miembros.

Llegando al meollo de la cuestión del GLP-1

Mojsov se propuso determinar si la versión más corta de GLP-1 [GLP-1 (7-37)] podría liberarse de la más larga [GLP-1 (1-37)] y servir como la incretina faltante. Con ese fin, sintetizó grandes cantidades de cada péptido puro en lotes individuales, preparándose así para garantizar la coherencia en estudios posteriores. Produjo anticuerpos que se unen a una región común; por tanto, reconocen ambas variantes. Fundamentalmente, también descubrió cómo segregar GLP-1 (1-37) y GLP-1 (7-37) dentro de una mezcla, explotando la carga de los aminoácidos que son exclusivos de la molécula más larga. Estas innovaciones la equiparon para encontrar GLP-1 en tejido, distinguir GLP-1 (7-37) de GLP-1 (1-37) e identificar el péptido activo.

Por lo tanto, las piezas de resistencia en las primeras etapas de los descubrimientos de GLP-1 fueron estos valiosos reactivos y métodos, que proporcionaron a los científicos los medios para sacar conclusiones inequívocas sobre aspectos esenciales de la biología del GLP-1.

Luego, Mojsov llevó a cabo la primera serie de experimentos definitivos. Etiquetó radiactivamente sus péptidos y los desplegó con anticuerpos GLP-1 para comprobar si el GLP-1 aparece en animales. Lo hace. Luego, Mojsov separó los péptidos y estableció que el GLP-1 truncado (7-37) constituye una fracción significativa del total. Por lo tanto, este péptido más pequeño existe en la naturaleza y, en particular, en el intestino, informaron Mojsov, Habener y sus colaboradores en 1986.

Mojsov y Habener se asociaron con Gordon Weir (Joslin Diabetes Center) y, en 1987, demostraron que pequeñas concentraciones de GLP-1 puro (7-37), como las del torrente sanguíneo, estimulan la secreción de insulina en páncreas aislados de ratas que continúan funcionan incluso cuando se eliminan del cuerpo. La forma más larga permanece inerte incluso en concentraciones 10.000 veces mayores. Estas observaciones revelaron que GLP-1 (7-37), denominado en lo sucesivo GLP-1, es el péptido fisiológicamente relevante.

Habener y Mojsov avanzaron luego hacia los estudios humanos. Con David Nathan (Hospital General de Massachusetts), determinaron que el GLP-1 estimula la liberación de insulina y reduce los niveles circulantes de glucosa en sangre. Esta publicación de 1992 argumentó que la hormona podría proporcionar la base para un medicamento seguro para la diabetes, y varias compañías, incluidas Novo Nordisk, AstraZeneca, Eli Lilly y GSK, se aferraron a esta idea. Pronto se ampliaría el potencial del GLP-1.

Ácidos grasos, llenos de potencial

Un par de años más tarde, Knudsen tomó el mando del desarrollo terapéutico del GLP-1 en Novo Nordisk y, en 1996, un artículo llamó su atención. Stephen Bloom (Hospital Hammersmith, Londres) inyectó GLP-1 en el cerebro de ratas y la ingesta de alimentos de los animales se desplomó. El péptido, propuso Bloom, envía una señal de saciedad.

La posibilidad de que la hormona pudiera combatir la obesidad y la diabetes ya había despertado el interés de Knudsen debido a indicios de estudios anteriores en animales dirigidos por Ole Madsen (Instituto de Investigación Hagedorn, Copenhague). La noción de que una molécula identificada para una enfermedad también podría combatir otra rompió la convención y, cuando Knudsen defendió la idea, enfrentó resistencia. Sin embargo, para aprovecharlo para cualquiera de los usos, tuvo que superar una limitación espectacular.

En el cuerpo humano, el GLP-1 desaparece minutos después de ingresar al torrente sanguíneo. Una enzima llamada dipeptidil peptidasa 4 (DPP-4) lo mastica y los riñones purgan el resto. Para transformar el GLP-1 en un fármaco, los científicos necesitarían hacerlo capaz de sobrevivir a estos ataques. Knudsen pretendía fabricar un agente que permaneciera activo durante 24 horas después de una única inyección debajo de la piel.

Después de jugar con una formulación de liberación lenta y otras que resistieran la destrucción mediada por DPP-4, se decidió por una estrategia de unir ácidos grasos al GLP-1. Los ácidos grasos se adhieren naturalmente a una proteína abundante en la circulación llamada albúmina, que transporta sustancias por el cuerpo. Según la visión de Knudsen, la albúmina transportaría su carga de GLP-1 a través del torrente sanguíneo mientras lo protegería de la destrucción enzimática y la filtración renal. El ácido graso liberaría gradualmente el GLP-1 para que pueda captar su receptor en las células diana y desencadenar sus efectos.

El equipo de Knudsen creó análogos de GLP-1 que variaban de varias maneras, incluida la longitud y el tipo de ácido graso, el sitio de unión dentro del GLP-1 y el conector químico. Luego, los investigadores evaluaron el comportamiento de los compuestos. Su objetivo era estabilizar el péptido y alargar su longevidad en animales, maximizando al mismo tiempo su potencia y manteniendo la secuencia de aminoácidos lo más cercana posible a la del GLP-1 humano para evitar la inmunorreactividad. Dos artículos, de 2000 y 2007, detallaron los resultados.

Los investigadores se concentraron en un candidato al que denominaron liraglutida (ver figura). Habían ampliado su vida media tras la inyección subcutánea de 1,2 a 13 horas. Funcionó bien en un ensayo clínico realizado en 2010 con 1300 personas con diabetes tipo 2 y los eventos adversos fueron en su mayoría leves o moderados. La Agencia Europea de Medicamentos (EMA) aprobó la liraglutida (Victoza®) para controlar los niveles de azúcar en sangre en la diabetes tipo 2 en 2009, y la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) hizo lo propio al año siguiente. La liraglutida se convirtió así en el primer fármaco basado en GLP-1 que se administra una vez al día.

Una fiesta de éxito

Mientras tanto, los datos acumulados respaldaron la idea de que el GLP-1 reduce el apetito y el peso corporal, y el equipo de Knudsen buscó la liraglutida para este propósito. En un estudio clave, sujetos no diabéticos, obesos o con sobrepeso perdieron un promedio de más de 12 libras en un año. Más de un tercio de los individuos del grupo de liraglutida perdieron al menos el 5% de su peso corporal y casi un cuarto perdió más del 10%. La liraglutida hace que las personas se sientan más saciadas y menos hambrientas, por lo que voluntariamente comen menos. La FDA y la EMA le dieron luz verde en 2014 y 2015, respectivamente, y fue el primer fármaco basado en GLP-1 aprobado para el tratamiento de la obesidad (Saxenda®).

Los científicos de Novo Nordisk querían ir un paso más allá; Haga que el medicamento no dure un día, sino una semana. Tendría que adherirse de manera óptima a la albúmina: lo suficientemente fuerte como para persistir por más tiempo en el cuerpo, pero lo suficientemente flexible como para que se suelten cantidades suficientes para unirse al receptor.

El equipo que buscó esta terapéutica, dirigido por los químicos Jesper Lau y Thomas Kruse, reemplazó un aminoácido en GLP-1 con una molécula que confiere resistencia a la escisión de DPP-4 y luego probó sistemáticamente diferentes ácidos grasos y combinaciones de enlazadores químicos. Los investigadores analizaron alrededor de 4.000 compuestos hasta encontrar uno cuya vida media aumentó dramáticamente: a 165 horas. Lo llamaron semaglutida (ver figura).

La semaglutida obtuvo la aprobación de la FDA para el tratamiento de la diabetes (Ozempic®) en 2017 y la obesidad (Wegovy®) en 2021. El agente fomenta una pérdida de peso promedio casi el doble que la liraglutida: 28 libras en 16 meses. Los efectos secundarios de la semaglutida son en su mayoría menores, pero problemas gastrointestinales graves hacen que algunas personas suspendan el medicamento. Más de un millón de personas en los EE. UU. han recibido recetas para Wegovy® desde que entró al mercado.

La liraglutida y la semaglutida han abierto nuevas vías hacia potentes fármacos de segunda generación. La tirzepatida de Eli Lilly, que contiene no sólo GLP-1, sino también otra incretina llamada GIP, promueve efectos aún más dramáticos que la semaglutida. La compañía ha agregado glucagón para fortalecerlo aún más, y las personas que toman un candidato llamado retatrutida pierden, en promedio, más del 20% de su peso corporal.

A diferencia del impacto del GLP-1 en la diabetes, que se localiza principalmente en el páncreas, sus actividades de supresión del apetito se encuentran principalmente en el cerebro, y numerosos investigadores, incluido Knudsen, están detallando su comportamiento allí. Los investigadores están probando su uso en una enorme variedad de enfermedades, incluidos trastornos renales crónicos, enfermedad del hígado graso, afecciones neurodegenerativas como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson, y adicciones. Las terapias basadas en GLP-1 también protegen el sistema cardiovascular y, a principios de este año, la FDA aprobó la semaglutida para reducir los ataques cardíacos y los accidentes cerebrovasculares en personas que tienen enfermedades cardiovasculares preexistentes y tienen sobrepeso u obesidad.

Además de los científicos mencionados anteriormente, muchos otros hicieron contribuciones clave a la historia del GLP-1. Estos individuos incluyen al fallecido Werner Creutzfeldt (Universidad de Göttingen), Richard DiMarchi (entonces en Eli Lilly), Daniel Drucker (Universidad de Toronto), John Eng (entonces en el Centro Médico de Asuntos de Veteranos del Bronx), Jens Holst (Universidad de Copenhague). , Michael Nauck (Universidad Ruhr de Bochum) y Nancy Thornberry (entonces en Merck).

A través de sus esfuerzos ambiciosos y comprometidos, Habener, Mojsov y Knudsen han transformado las perspectivas de salud de la enorme cantidad de personas cuyo exceso de peso compromete su bienestar. Su trabajo ha lanzado una nueva batería de medicamentos de gran éxito que está impulsando al GLP-1 a un ámbito farmacéutico con un alcance sin precedentes.

por Evelyn Strauss