TOXINA BOTULÍNICA

1. INTRODUCCIÓN

La toxina botulínica es una proteína neurotóxica muy potente producida por la bacteria Clostridium botulinum, un bacilo anaerobio descubierto en 1895 por el microbiólogo Élite van Ermengem.

Esta toxina causa una enfermedad conocida como botulismo, que provoca parálisis generalizada. Actualmente se utiliza para tratar enfermedades (como el estrabismo), y con fines cosméticos.

2. LA TOXINA BOTULÍNICA A LO LARGO DE LA HISTORIA

Los primeros registros de intoxicaciones alimentarias datan de 1793, en Alemania, donde tras comer morcilla, trece personas enfermaron y tres murieron por causas desconocidas.

Posteriormente, entre 1817 y 1822, Justinus Kerner realizó las primeras descripciones de la enfermedad al estudiar envenenamientos producidos por salchichas ahumadas conocidos como botulismo (del latín botulus, salchicha). Kerner sospechaba que estas salchichas ahumadas tenían un veneno que interferiría en la excitabilidad del sistema nervioso.[1]

Justinus Kerner

En 1895 el microbiólogo belga Emilie-Pierre van Ermengem demuestra que el botulismo es causado por la toxina de una bacteria anaerobia. Sucedió cuando en Bélgica, en ceremonia funeraria, tras la cena varias personas enfermaron.  El plato principal era un típico jamón salado. Tres de los intoxicados fallecieron.

Emilie-Pierre van Ermengem

De los restos del jamón y del bazo de una de las víctimas, aisló las esporas de la bacteria anaerobia que llamó Bacillus botulinus. Pudo reproducir en animales de laboratorio signos de parálisis, demostrando la existencia de la toxina.

En estudios posteriores se demostró que el C Botulinum produce hasta 7 toxinas botulínicas: A,B,C,D,E,F,G. Otras Especies del mismo género, C. barati y C. butyrum, también producen intoxicaciones pues producen toxinas parecidas a las F y E.

3. ESTRUCTURA

La toxina botulínica es un polipéptido formado por dos subunidades, una pesada (100 kDa), y una ligera (50 kDa), unidas por un puente disulfuro.

 La cadena pesada está compuesta por dos dominios, uno de unión (HC) y otro con función chaperona (HN). El dominio de unión se une a receptores específicos de la membrana de las células nerviosas, y, a continuación, el dominio con función chaperona cambia la conformación de la cadena ligera para facilitarle la entrada a la célula de forma desplegada (la cuál, una vez dentro, se volverá a plegar). 

Fuente

La cadena ligera está compuesta por un dominio con función proteolítica (LC) el cuál, produce la alteración del proceso de exocitosis de la acetilcolina. Esta es una endopeptidasa que contiene Zn e hidroliza una o más de las tres proteínas intracelulares necesarias para la fusión vesicular y la liberación del neurotransmisor acetilcolina provocando parálisis flácida y trastornos autonómicos características propias del botulismo, es decir, esta es la fracción realmente tóxica. (Proteína diseñada con Chimera X)

Estructura de TB tipo B unida a doxorrubicina (en rojo) En verde queda representado el dominio HN, en azul el dominio LC y en amarillo el dominio HC. A partir de PDB 1i1e. (Proteína diseñada con Chimera X)

La toxina botulínica se puede disponer formando complejos, asociándose a otras proteínas, como la hemaglutinina; la cual le confiere protección a la parte activa frente a los ataques digestivos.[1][2][3][4]

4. ¿CÓMO FUNCIONA LA TOXINA BOTULÍNICA?

La toxina botulínica actúa inhibiendo la liberación de acetilcolina, necesaria para la neurotransmisión en la interacción músculo-neurona. Por lo que produce parálisis.

Las toxinas botulínicas actúan en cuatro sitios: la unión neuromuscular, los ganglios autónomos, las terminaciones nerviosas parasimpáticas posganglionares y las terminaciones nerviosas simpáticas posganglionares que liberan acetilcolina.

La cadena pesada de la toxina se une por el extremo C-terminal a los receptores de alta afinidad situados en la superficie presináptica de las neuronas (ocurre en 30 minutos), de forma selectiva e irreversible. Este complejo toxina-receptor entra en la célula mediante endocitosis. El puente disulfuro entre las dos cadenas se rompe y la toxina es liberada en el citoplasma celular. La cadena ligera interactúa con proteínas en las membranas nerviosas (proteínas asociada a sinaptosomas (SNAP 25), proteína de membrana asociada a vesículas y sintaxina), evitando así la fusión de vesículas de acetilcolina con la membrana celular (exocitosis).

Dependiendo del serotipo (clasificados según los antígenos presentes) actuará sobre una proteína y enlaces distintos, lo que determinará la duración del efecto de las diferentes toxinas botulínicas. La BTA inactiva la proteína SNAP-23 y la BTB la VAMP. La parálisis ocurre de 24 a 72 horas  tras la inyección. El pico se da aproximadamente a los 10 días.

El bloqueo de los neurotransmisores es irreversible aunque las neuronas no degeneran. No se ha demostrado que su uso repetido a largo plazo genere atrofia o degeneración permanente del músculo. La función se recupera de dos a tres meses mediante la creación de nuevas terminaciones nerviosas y contactos sinápticos.[5][6][7]

5. IMPLICACIONES MÉDICAS

De los 7 distintos tipos existentes de toxinas botulínicas, únicamente está aprobado el uso terapéutico de dos serotipos, la A (Botox® y Dysport®) y la B (Neurobloc®). Aunque con la B se trata únicamente la distonía cervical.

Sin embargo, el uso de la TB-A está mucho más extendido, ya que se dispone de mayor experiencia clínica, más conocimientos acerca de su eficacia y efectos adversos. Es, además, de efecto más duradero (hasta los 6 meses desde la administración) en comparación con el resto de TB.

El tamaño de la molécula es determinante en todo el proceso de tratamiento, puesto que un menor tamaño posibilita la difusión de la toxina inyectada desde el punto de punción hacia el sistema circulatorio o linfático, aumentando las posibilidades de presentar efectos deseados (incluyendo botulismo).[8]

No obstante, el tratamiento con TB es preferido debido a que se trata de un mecanismo mínimamente invasivo, y los efectos secundarios son leves y poco frecuentes.

Considerando que se trata de un elemento ajeno al organismo, nuestro sistema inmune generará anticuerpos contra la TB, inhabilitando su función. Es por ese motivo que las dosificaciones de la misma están muy controladas y las sesiones de aplicación repartidas en  intervalos prolongados de tiempo.

Los puntos de inyección difieren según uso terapeútico y mecanismos de acción ([8]):

El tratamiento de las distonías (contracciones simultáneas de músculos agonistas y antagonistas) es uno de los principales usos terapéuticos de la TB, siendo las distonías cervicales, el espasmo hemifacial y los tics motores los más destacados. 

La sequedad de boca que presentaban los intoxicados por TB fue estudiada por Justinus Kerner, que investigó su aplicación para tratar la sialorrea (secreción salival excesiva) en pacientes con Parkinson. A pesar de que su efectividad está demostrada, no se han realizado estudios sobre sus efectos a largo plazo. [9][10]

El mecanismo de acción de la toxina es el mismo que el caso de la aplicación sobre la placa neuromuscular, pero en este caso se inhibe la estimulación parasimpática que origina la secreción salival.

Actualmente, únicamente existen dos tratamientos para la migraña, uno de ellos es la TB. Los resultados del estudio PREEMPT demostraron que la TB disminuye en mayor medida la frecuencia e intensidad de las cefaleas y mejora las condiciones de vida de los pacientes.[8][11]

En este caso, el mecanismo de acción no reside en la inhibición de la liberación de Acetil-Colina, sino que modifica la liberación de neurotransmisores del dolor como la sustancia P o el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (PRGC), ambos implicados en los impulsos nociceptivos. Consecuentemente, se inhiben las señales periféricas de dolor y cesa la sensibilización central (causante de la cefalea).

El grado de recomendación de la aplicación de TB no es el mismo para el tratamiento de las distintas afecciones. 

Por ejemplo, su uso tiene un grado de recomendación A (“existe buena evidencia para recomendar la intervención clínica de prevención”[12]) para los pacientes con espasticidad, pues numerosos estudios avalan la reducción del tono muscular, el incremento del movimiento pasivo y la reducción del dolor (por descompresión de los nervios circundantes).[8]

Con un grado B de recomendación (“existe evidencia moderada para recomendar la intervención clínica de prevención”), se aconseja la aplicación de la toxina para aquellos que padecen temblores muscularesblefaroespasmo, bruxismo o estrabismo.[8]

BOTULISMO

El botulismo es una enfermedad poco frecuente, pero severa, provocada por la bacteria anaerobia Clostridium Botulinum. Dicha enfermedad se puede contraer a través de heridas abiertas (donde la bacteria se asienta generando esporas), o bien por el consumo de alimentos mal conservados. Las esporas generan la toxina botulínica, causantes de la enfermedad. [13]

Esquema de elaboración propia para ayudar a la comprensión del proceso de infección en el caso del botulismo del lactante

En los casos más extremos, se puede llegar a producir la muerte por la parálisis de los músculos involucrados en la respiración (se llega a una situación de insuficiencia respiratoria). Para el tratamiento de la infección se administra antitoxina botulínica.

6. PAPEL EN LA COSMETICA

El botox se inyecta donde están los músculos de la expresión facial, adheridos a tejidos blandos en lugar de huesos. Al contraerse, tiran de la piel formando las expresiones faciales.

En estética el botox se utiliza para reducir las líneas del ceño fruncido, las patas de gallo a los lados de los ojos, los pliegues horizontales de la frente, arrugas en los alrededores de la boca, los pliegues nasolabiales, para suavizar arrugas del cuello y del escote, para elevar las cejas y tratar el eccema dishidrótico o el acné. Pero no previene la piel seca, los trastornos de pigmentación o las anomalías vasculares producidas por el envejecimiento.[14]

Su uso en cosmética es relativamente seguro pues la dosis letal media (DL50) en humanos llega a 40 unidades/kg. Una unidad de botox corresponde a la DL50 en un tipo de ratones. Pacientes masculinos suelen requerir una dosis más alta por una mayor masa muscular.

Los efectos se observan del primer al cuarto día y en 3-4 meses habrán desaparecido. La duración varía según la disposición de los músculos. Si se quiere prolongar debe repetirse.

Complicaciones más frecuentes: equimosis (hematoma) y la púrpura (acumulación de sangre por hemorragia interna).

Los efectos secundarios incluyen sangrado, hinchazón, eritema, dolor en los sitios de punción, dolor de cabeza, malestar general y náuseas. Se pueden tratar con analgésicos y evitarlos usando agujas más delgadas o diluyendo el botox en solución salina.

UNA ALTERNATIVA AL BOTOX

Existe el acetil hexapéptido-8. En comparación tiene un potencial tóxico 4000 veces menor y es aplicable tópicamente mediante cremas. El acetil hexapéptido-3 es similar al extremo N-terminal de la proteína SNAP 25, que compite con el receptor de la proteína de unión a la N-etilmaleimida, de gran importancia en la contracción muscular y la aparición de arrugas faciales.

7. LA TOXINA BOTULÍNICA EN EL BIOTERRORISMO

La neurotoxina botulínica (BoNT) es uno de los venenos conocidos más potentes, puesto que con un gramo de esta, cientos de miles de personas podrían perder la vida. Sin embargo, su uso como arma biológica es complejo, pues por un lado, el C. botulinum es un microorganismo anaerobio, el cual moriría al entrar en contacto con el oxígeno, mientras que, por otro, sus esporas son incapaces de transformarse en bacilos en los pulmones, lo que la impide causar daños por vía aérea.

Entre las formas en las que esta toxina se puede propagar se encontraría la diseminación por vía inhalatoria (pero no de las esporas, sino de la propia toxina butílica obtenida en el laboratorio), por vía oral (con agua o comida contaminada) o por vía percutánea. [15]

Durante la Segunda Guerra Mundial, su uso fue estudiado por la Alemania Nazi, por Canadá y por EE.UU. A día de hoy, está prohibido.

Durante la Segunda Guerra Mundial, su uso fue estudiado por la Alemania Nazi, por Canadá y por EE.UU. A día de hoy, está prohibido.

Autoras del trabajo de investigación

Irene Pérez Goméz, Lucía Robles García-Parrado y Patricia Rodríguez Muñoz, alumnas de 1º de Biología Sanitaria.

8. BIBLIOGRAFÍA

[1]       H. Pérez, C. Rubio, M. Pozuelo, … C. R.-R., and  undefined 2003, “Botulismo y toxina botulínica,” redalyc.org, Accessed: Jan. 12, 2022. [Online]. Available: https://www.redalyc.org/pdf/919/91920102.pdf.

[2]       O. Colhado, M. Boeing, L. O.-R. B. de, and  undefined 2009, “Toxina botulínica no tratamento da dor,” SciELO Bras., Accessed: Jan. 12, 2022. [Online]. Available: https://www.scielo.br/j/rba/a/9FZzDfrZwV6Yd8D9VspBM5p/?format=pdf&lang=pt.

[3]       E. Aurioles, F. López, J. G.- yTerapéutica, and  undefined 2008, “Valoración de la causa de neutropenia en una paciente ingresada por sospecha de sepsis,” researchgate.net, 2014, Accessed: Jan. 12, 2022. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/profile/Pedro-Sanchez-Garcia-3/publication/28311217_Colaboremos_todos_un_sueno/links/0fcfd513f32594e564000000/Colaboremos-todos-un-sueno.pdf#page=59.

[4]       S. I. Pascual-Pascual et al., “Guía terapéutica de la espasticidad infantil con toxina botulínica,” sid.usal.es, vol. 44, no. 5, p. 303, 2007, Accessed: Jan. 12, 2022. [Online]. Available: https://sid.usal.es/idocs/f8/art10258/guia_terapeutica_de_la_espasticidad_infantil.pdf.

[5]       “Toxina botulínica y su empleo en la patología oral y maxilofacial.” https://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1130-05582004000300001 (accessed Jan. 12, 2022).

[6]       P. Nigam and A. Nigam, “BOTULINUM TOXIN,” Indian J. Dermatol., vol. 55, no. 1, p. 8, Jan. 2010, doi: 10.4103/0019-5154.60343.

[7]       “1-s2.0-S0716864014700331-gr1.jpg (493×607).” https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0716864014700331-gr1.jpg (accessed Jan. 12, 2022).

[8]       “Usos prácticos de la toxina botulínica en adultos en medicina física y rehabilitación | Enhanced Reader.” .

[9]       M. S. Hernández-Palestina, J. C. Cisneros-Lesser, M. E. Arellano-Saldaña, and S. E. Plascencia-Nieto, “Submandibular gland resection for the management of sialorrhea in paediatric patients with cerebral palsy and unresponsive to type A botullinum toxin. Pilot study,” Cirugía y Cir. (English Ed., vol. 84, no. 6, pp. 459–468, Nov. 2016, doi: 10.1016/j.circen.2016.11.010.

[10]     I. C. Pérez, R. De Caso, I. Camila Pérez García, H. J. Fandiño, and A. Otálora, “Toxina botulínica aplicada bajo guía ecográfica en el tratamiento de la sialorrea: reporete de dos casos,” revistas.javeriana.edu.co, doi: 10.11144/Javeriana.umed57-2.tba.

[11]     A. Castrillo Sanz et al., “Experiencia con toxina botulínica en la migraña crónica,” Neurología, vol. 33, no. 8, pp. 499–504, Oct. 2018, doi: 10.1016/J.NRL.2016.09.004.

[12]     C. Manterola, C. Asenjo-Lobos, and T. Otzen, “Jerarquización de la evidencia: Niveles de evidencia y grados de recomendación de uso actual,” Rev. Chil. infectología, vol. 31, no. 6, pp. 705–718, Dec. 2014, doi: 10.4067/S0716-10182014000600011.

[13]      “Botulismo: MedlinePlus enciclopedia médica.”https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/000598.htm (accessed Jan. 12, 2022).

[14]     B. K. Satriyasa, “<p>Botulinum toxin (Botox) A for reducing the appearance of facial wrinkles: a literature review of clinical use and pharmacological aspect</p>,” Clin. Cosmet. Investig. Dermatol., vol. 12, pp. 223–228, Apr. 2019, doi: 10.2147/CCID.S202919.

[15]      R. Garza-Velasco, D. Y. Zepeda-Arriaga, S. Reyes-Huesca, Y. Luis, and M. Perea-Mejía, “Ántrax y botulismo como armas biológicas,” depa.fquim.unam.mx, Accessed: Jan. 12, 2022. [Online]. Available: http://depa.fquim.unam.mx/bacteriologia/pdfs/ART%CDC-ArmasBiol%F3gicas.pdf