A continuación presentamos comentarios de varios estudios reseñas sobre estudios citotóxicos en la literatura

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Reseña de Therapeutic Advances in Respiratory Disease (2017)

Proporcionamos a continuación una traducción de la revisión de estudios toxicológicos en cultivos celulares en el siguiente artículo reseña por el Dr Farsalinos

“Electronic cigarettes: an aid in smoking cessation, or a new health hazard?, K Farsalinos, Therapeutic advances in Respiratory Disease, Review. Enlace

Extracto y traducción

Los estudios citotoxicológicos han detectado varios mecanismos a través de los cuales el uso del cigarro electrónico podría causar efectos sanitarios adversos, incluyendo estrés oxidativo, inflamación y expresión genética [118,119,120,121]. Otros estudios han encontrado efectos mínimos en comparación con la exposición al humo de tabaco [122,123].

Sin embargo, es difícil interpretar estudios in vitro en el contexto de efectos clínicos, principalmente debido a que la respuesta in vitro depende del nivel de exposición al vapor, y los protocolos que regulen las dosis que representen adecuadamente efectos clínicos realistas aun no han sido determinados. Estos estudios son mas valiosos para evaluar efectos comparativos entre diferentes productos, especialmente si se examina efectos por niveles similares de exposición. La mayoría de los estudios que han comparado el aerosol del cigarro electrónico con el humo del cigarro de tabaco han detectado mucho menor toxicidad en el cigarro electrónico. Sin embargo, los potenciales de daño sanitario reportado por estos estudios deben ser examinados en un contexto clínico.

Referencias de fuentes citadas:


118. Canistro, D, Vivarelli, F, Cirillo, S. “E-cigarettes induce toxicological effects that can raise the cancer risk“. Sci Rep 2017; 7: 2028. Google Scholar, Crossref, Medline
119. Wu, Q, Jiang, D, Minor, M. “Electronic cigarette liquid increases inflammation and virus infection in primary human airway epithelial cells”. PLoS One 2014; 9: e108342. Google Scholar, Crossref, Medline
120. Higham, A, Rattray, NJ, Dewhurst, JA. “Electronic cigarette exposure triggers neutrophil inflammatory responses“. Respir Res 2016; 17: 56. Google Scholar, Crossref, Medline
121. Shen, Y, Wolkowicz, MJ, Kotova, T. “Transcriptome sequencing reveals e-cigarette vapor and mainstream-smoke from tobacco cigarettes activate different gene expression profiles in human bronchial epithelial cells“. Sci Rep 2016; 6: 23984. Google Scholar, Crossref, Medline
122. Taylor, M, Jaunky, T, Hewitt, K. “A comparative assessment of e-cigarette aerosols and cigarette smoke on in vitro endothelial cell migration“. Toxicol Lett 2017; 277: 123–128. Google Scholar, Crossref, Medline
123. Taylor, M, Carr, T, Oke, O. “E-cigarette aerosols induce lower oxidative stress in vitro when compared to tobacco smoke“. Toxicol Mech Methods 2016; 26: 465–476. Google Scholar, Crossref, Medline

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Reseña de Therapeutic Advances in Drug Safety (2014)

A continuación proporcionamos la traducción de los comentarios sobre cito-toxicidad de la siguiente reseña

K E Farsalinos and R Polosa, “Safety evaluation and risk assessment of electronic cigarettes as tobacco cigarette substitutes: a systematic review”. Ther Adv Drug Saf. 2014 Apr; 5(2): 67–86. doi: 10.1177/2042098614524430 (Enlace) (PDF)

Extracto y traducción:

Hasta la fecha, solo se han realizado un puñado de estudios toxicológicos sobre los cigarros electrónicos, principalmente estudios de citotoxicidad en líneas celulares establecidas.

El enfoque de citotoxicidad también tiene sus defectos. Los hallazgos en dichos estudios no se pueden aplicar directamente a la situación in vivo y siempre existe el riesgo de sobreestimar o subestimar los efectos tóxicos en la interpretación de estos modelos de investigación. Es de esperar un amplio grado de variabilidad de resultados en las diferentes líneas celulares y, a veces, también dentro de una misma línea celular.

En este tipo de estudios debiera ser obligatorio comparar los efectos potenciales de la citotoxicidad del vapor de los cigarros electrónicos con los que resultan de la exposición al humo del cigarrillo, pero las normas para la producción de vapor y los protocolos de exposición no han sido claramente definidos.

Bahl y colegas [Bahl et al. 2012] realizaron pruebas de citotoxicidad de 36 líquidos para cigarros electrónicos en células madre embrionarias humanas, células madre neurales de ratón y fibroblastos pulmonares humanos, y descubrieron que las células madre eran más sensibles a los efectos de los líquidos, siendo 15 muestras moderadamente citotóxicas y 12 muestras altamente citotóxicas.

El propilenglicol y el glicerol no fueron citotóxicos, pero se observó una correlación entre la citotoxicidad y el número y la altura de los picos de los aromatizantes en la cromatografía líquida de alta resolución.

Las investigaciones se limitaron solo al efecto de los líquidos de cigarros electrónicos pero no al vapor que producen lo que limita la importancia de los hallazgos del estudio; esto no es una cuestión trivial considerando que los líquidos están destinados a usarse por inhalación del vapor y que es poco probable que las sustancias aromatizantes en los líquidos para cigarros electrónicos se encuentren presentes en el aerosol en la misma cantidad debido a las diferencias en la temperatura de evaporación [Romagna et al. 2013].

Lamentablemente, no se incluyeron una serie de experimentos con extracto de humo de cigarrillo como referencia comparativa. Es de destacar que los autores enfatizaron que el estudio podría haber subestimado la citotoxicidad en 100 veces porque cuando agregaron los líquidos de cigarro electrónico a la célula, la concentración final fue del 1%. Sin embargo, las células se cultivaron durante 48 horas con exposición continua al líquido, mientras que en el uso real los pulmones entran en contacto con el aerosol en lugar de líquido mismo, y el contacto dura 1 o 2 segundos por bocanada y la mayoría del aerosol se exhala visiblemente. Finalmente, “Cinnamon Ceylon” el líquido que se encontró era más citotóxico en este estudio, no era un líquido para cigarro electrónico sino un saborizante concentrado que no se usa en los cigarros electrónicos a menos que se diluya al 3-5%.

Romagna y colegas [Romagna et al. 2013] realizaron el primer estudio de citotoxicidad de vapor de los cigarros electrónicos en células de fibroblastos. Utilizaron un protocolo estandarizado ISO 10993-5, que es utilizado para fines regulatorios de dispositivos y productos médicos. Probaron el vapor de 21 muestras de líquidos que contenían la misma cantidad de nicotina (9 mg/ml), vapor que fue generado por un cigarro electrónico disponible en el mercado. Las células se incubaron durante 24 horas con el vapor de cada uno de estos líquidos y con humo de un cigarrillo convencional.

Se encontró que sólo una muestra era marginalmente citotóxica, mientras que el humo del cigarrillo era altamente citotóxico (aproximadamente 795% más citotóxico) incluso cuando el extracto se diluyó hasta el 25% de la concentración original.

El mismo grupo también investigó el potencial citotóxico de 20 muestras de líquidos para cigarros electrónicos en mioblastos cardiacos [Farsalinos et al. 2013a]. El vapor se produjo usando un cigarro electrónico disponible comercialmente. Las muestras contenían una amplia gama de concentraciones de nicotina. También se incluyó una mezcla líquida básica de propilenglicol y glicerol (sin nicotina y sin aromatizantes) como control experimental adicional.

Cuatro de las muestras examinadas se hicieron usando hojas de tabaco curadas en un proceso de maceración, lo que les permitió impregnar una mezcla de propilenglicol y glicerol durante varios días antes de ser filtradas y embotelladas para su uso.

Es de destacar que este fue el primer estudio que evaluó un número limitado de muestras con un cigarro electrónico que entregaba mayor voltaje y energía al atomizador (dispositivo de tercera generación). En total, se encontró que cuatro muestras eran citotóxicas; tres de ellas correspondían a los líquidos elaborados utilizando hojas de tabaco curadas, observándose citotoxicidad en concentraciones de extracto del 100% y del 50%, mientras que una muestra (con sabor a canela) era marginalmente citotóxica sólo al 100% de la concentración de extracto.

En comparación, el humo de tres cigarrillos de tabaco era altamente citotóxico, observándose dicha toxicidad incluso cuando el extracto se diluyó al 12.5%. Las muestras hechas con hojas de tabaco fueron tres veces menos citotóxicas en comparación con el humo del cigarrillo; esto probablemente se debió a la ausencia de combustión y a la temperatura de evaporación significativamente más baja al usar el cigarro electrónico.

Con respecto al uso de cigarros electrónicos de alta potencia, los autores encontraron una viabilidad celular ligeramente reducida sin que ninguna de las muestras fuera citotóxica según la definición en la norma ISO 10993-5. Finalmente, no se observó asociación entre la supervivencia celular y la cantidad de nicotina presente en los líquidos.

Behar y colegas [Behar et al. 2014]. Un estudio reciente evaluó con más detalle el potencial citotóxico de ocho líquidos de cigarro electrónico con sabor a canela en células madre embrionarias humanas y fibroblastos pulmonares humanos [Behar et al. 2014].

Los autores encontraron que la sustancia aromatizante predominantemente presente era el cinamaldehído, que está aprobado para uso alimentario. Ellos observaron efectos citotóxicos significativos, principalmente en células madre pero también en fibroblastos, con citotoxicidad asociada a la cantidad de cinamaldehído presente en el líquido.

Sin embargo, problemas metodológicos importantes aparecieron en este estudio. Una vez más, el análisis de la citotoxicidad se limitó a los líquidos de cigarros electrónicos y no a sus vapores. Además, los autores mencionaron que la cantidad de cinamaldehído difería entre los líquidos hasta en 100 veces, y esto aumenta la sospecha de que utilizaron saborizantes concentrados en lugar de los líquidos para vapear.

Al buscar en Internet y contactar a los fabricantes, basándose en los nombres de las muestras y los proveedores mencionados en el manuscrito, se descubrió que al menos cuatro de sus muestras no eran líquidos para cigarro electrónico sino saborizantes concentrados. Sorprendentemente, los niveles de cinamaldehído que se encontraron como citotóxicos fueron aproximadamente 400 veces más bajos que los niveles aprobados actualmente para el uso [Environmental Protection Agency, EPA].

En conclusión: cuando se ha hecho la comparación, los estudios toxicológicos han mostrado que el vapor de los cigarros electrónicos tiene efectos adversos significativamente más bajos en comparación con el humo del cigarrillo.  Característicamente, los estudios realizados al usar los líquidos para cigarro electrónico en su forma líquida original han encontrado resultados menos favorables; sin embargo, en ninguno de esos estudios se realizó alguna comparación con el humo del tabaco, y no se pueden considerar pertinentes al uso de cigarros electrónicos ya que las muestras no se analizaron en la forma de aerosol en que los usuarios de cigarros electrónicos consumen los líquidos. Se necesita más investigación, incluidos estudios sobre diferentes líneas celulares, como células epiteliales del pulmón. Además, probablemente sea necesario evaluar una gran cantidad de líquidos con diferentes sabores ya que una minoría de ellos, de manera impredecible, parece plantear algunas inquietudes cuando se analizan en forma de aerosol producido al usar un cigarro electrónico.

Referencias de fuentes citadas

Bahl, V., Lin, S., Xu, N., Davis, B., Wang, Y. and Talbot, P. (2012) “Comparison of electronic cigarette refill fluid cytotoxicity using embryonic and adult models“. Reprod Toxicol 34: 529–537

Behar, R., Davis, B., Wang, Y., Bahl, V., Lin, S. and Talbot, P. (2014) “Identification of toxicants in cinnamon-flavored electronic cigarette refill fluids“. Toxicol In Vitro 28: 198–208

Environmental Protection Agency (1992) EPA Report/600/6-90/006F. Respiratory health effects of passive smoking: lung cancer and other disorders. Washington, DC. Available at: http://oaspub.epa.gov/eims/eimscomm.getfile?p_download_id=36793
(Accessed: 20 November 2013).

Farsalinos, K., Romagna, G., Allifranchini, E., Ripamonti, E., Bocchietto, E., Todeschi, S. et al. (2013a) “Comparison of the cytotoxic potential of cigarette smoke and electronic cigarette vapour extract on cultured myocardial cells“. Int J Environ Res Public Health 10: 5146–5162

Romagna, G., Allifranchini, E., Bocchietto, E., Todeschi, S., Esposito, M. and Farsalinos, K. (2013). “Cytotoxicity evaluation of electronic cigarette vapor extract on cultured mammalian fibroblasts (ClearStream-LIFE): comparison with tobacco cigarette smoke extract”. Inhal Toxicol 25: 354–361

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Estudios en Animales

Los estudios en animales proporcionan información de mayor relevancia que los estudios citotóxicológicos, especialmente si son realizados en primates que son especies biológicamente mas próximas al ser humano. Sin embargo, estos estudios utilizan preponderantemente roedores, por lo que su interpolación a sujetos humanos presenta limitaciones similares a los estudios sobre cultivos celulares. Presentamos a continuación extractos de varios artículos reseña sobre estudios en animales.

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Reseña de Therapeutic Advances in Drug Safety (2014)

Extracto y traducción de la revisión de estudios sobre animales en el siguiente artículo reseña

K E Farsalinos and R Polosa, “Safety evaluation and risk assessment of electronic cigarettes as tobacco cigarette substitutes: a systematic review”. Ther Adv Drug Saf. 2014 Apr; 5(2): 67–86. doi: 10.1177/2042098614524430 (Enlace) (PDF)

Pocos estudios en animales han sido realizados para evaluar los posibles daños por los humectantes en la inhalación del aerosol producido por líquidos (propilenglicol PG y glicerol VG) usados en cigarros electrónicos.

Robertson y colegas [Robertson et al. 1947] examinaron los efectos en primates de la inhalación de propilenglicol prolongada por varios meses, sin encontrar evidencia de toxicidad en órgano alguno (incluyendo pulmones) en la examinación post mortem de los animales. Observaciones similares fueron realizadas mas recientemente en ratas y perros [Werley et al. 2011].

Se ha expresado preocupación por riesgos en humanos, en base a estudios de personas expuestas a la “niebla de teatro” [Varughese et al. 2005; American Chemistry Council, 2003] o al propilenglicol usado en la industria de la aviación [Wieslander et al. 2001]. En dichos estudios se encontró irritación en las vías respiratorias, mas no se encontró lesiones pulmonares permanentes ni otras implicaciones sanitarias adversas a largo plazo. Es de notar, sin embargo, que en estas circunstancias se ha usado propilenglicol sin pureza farmacéutica y en algunos casos se ha añadido varios tipos aceites, lo cual hace difícil la interpretación de los resultados de estos estudios en el contexto del uso del cigarro electrónico.

La evidencia sobre el posible daño debido a la inhalación de glicerol (VG) es escasa. Un estudio en ratas Sprague-Dawley encontró grados que van de mínimo a moderado de metaplacia escamosa en las células epiteliales de la de la epiglotis solamente en el grupo que recibió dosis altas, sin haber detectado cambio alguno en en los pulmones y en otros órganos [Renne et al. 1992]. Estos estudios no incluyeron experimentos comparativos con el humo del tabaco, pero se sabe que la exposición al humo del tabaco en experimentos similares con animales conduce a cambios dramáticos en los pulmones, hígado y riñones [Czekaj et al. 2002].

Referencias de fuentes citadas
American Chemistry Council (2003) Ethylene Glycols: “Considerations Against Use in Theatrical Fogs/Mist and Artificial Smoke“. Available at:
http://www.americanchemistry.com/ProductsTechnology/Ethylene-Glycols-2/PDF-Ethylene-Glycols-Fog-Information-Sheet.pdf
(Accessed: 20 November 2013).

Czekaj, P., Pałasz, A., Lebda-Wyborny, T., Nowaczyk-Dura, G., Karczewska, W., Florek, E. et al. (2002)  “Morphological changes in lungs, placenta, liver and kidneys of pregnant rats exposed to cigarette smoke“. Int Arch Occup Environ Health 75 (Suppl): S27–S35.

Renne, R., Wehner, A., Greenspan, B., Deford, H.,Ragan, H., Westenberg, R. et al. (1992) “2-Week and 13-Week Inhalation Studies of Aerosolized Glycerol in Rats“. Inhal Toxicol 4: 95–111

Robertson, O., Loosli, C., Puck, T., Wise, H., Lemon, H. and Lester, W. Jr (1947) “Tests for the chronic toxicity of propylene glycol and triethylene glycol on monkeys and rats by vapor inhalation and oral administration“. J Pharmacol Exp Ther 91: 52–76.

Varughese, S., Teschke, K., Brauer, M., Chow, Y., van Netten, C. and Kennedy, S. (2005) “Effects of theatrical smokes and fogs on respiratory health in the entertainment industry“. Am J Ind Med 47: 411–418.

Werley, M., McDonald, P., Lilly, P., Kirkpatrick, D.,Wallery, J., Byron, P. et al. (2011) “Non-clinical safety and pharmacokinetic evaluations of propylene glycol aerosol in Sprague-Dawley rats and Beagle dogs“. Toxicology 287: 76–90.

Wieslander, G., Norb.ck, D. and Lindgren, T. (2001) “Experimental exposure to propylene glycol mist in aviation emergency training: acute ocular and respiratory effects“. Occup Environ Med 58: 649–655.

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Reseña de American Journal of Preventive Medicine (2016)

“Overview of Electronic Nicotine Delivery Systems: A Systematic Review”. Glasser A.M. et al 2016. Am J Prev Med. 2017 Feb;52(2):e33-e66. doi: 10.1016/j.amepre.2016.10.036. Epub 2016 Nov 30. Enlace

Estudios realizados en modelos animales muestran que la exposición a los SEAN (Sistemas Electrónicos de Administración de Nicotina) puede producir algunos efectos fisiológicos: reducción de peso, estrés oxidativo, cambios neurobiológicos [243, 306, 307, 310, 312-317]. Sin embargo, estos efectos son menos sustanciales en comparación con los efectos de exposición al humo de tabaco [243, 307, 310, 312-317]. Todo intento de generalizar de modelos animales a efectos en humanos es prematuro sin haber llevado a cabo investigación en muestras humanas.

Referencias de fuentes citadas
243, Sussan TE, Gajghate S, Thimmulappa RK, et al. “Exposure to electronic cigarettes impairs pulmonary anti-bacterial and anti-viral defenses in a mouse model“. PLoS One. 2015;10(2):e0116861. 
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0116861
306, McGrath-Morrow SA, Hayashi M, Aherrera A, et al. “The effects of electronic cigarette emissions on systemic cotinine levels, weight and postnatal lung growth in neonatal mice“. PLoS One. 2015;10(2): e0118344. 
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0118344
307. Ponzoni L, Moretti M, Sala M, et al. “Different physiological and behavioural effects of e-cigarette vapour and cigarette smoke in mice“. Eur Neuropsychopharmacol. 2015;25(10):1775–1786. 
http://dx.doi.org/10.1016/j.euroneuro.2015.06.010
310, Salturk Z, Cakir C, Sunnetci G, et al. “Effects of electronic nicotine delivery system on larynx: experimental study“. J Voice. 2015;29 (5):560–563. 
http://dx.doi.org/10.1016/j.jvoice.2014.10.013
312. Hwang JH, Lyes M, Sladewski K, et al. “Electronic cigarette inhalation alters innate immunity and airway cytokines while increasing the virulence of colonizing bacteria“. J Mol Med (Berl). 2016;94(6):667–679. 
http://dx.doi.org/10.1007/s00109-016-1378-3
313. Lauterstein DE, Tijerina PB, Corbett K, et al. “Frontal cortex transcriptome analysis of mice exposed to electronic cigarettes during early life stages“. Int J Environ Res Public Health. 2016;13(4):417. 
http://dx.doi.org/10.3390/ijerph13040417
314. El Golli N, Rahali D, Jrad-Lamine A, et al. “Impact of electroniccigarette refill liquid on rat testis”. Toxicol Mech Methods. 2016;26 (6):427–434. 
http://dx.doi.org/10.3109/15376516.2016.1163448
315. El Golli N, Dkhili H, Dallagi Y, et al. “Comparison between electronic cigarette refill liquid and nicotine on metabolic parameters in rats“. Life Sci. 2016;146:131–138. 
http://dx.doi.org/10.1016/j.lfs.2015.12.049
316. Golli NE, Jrad-Lamine A, Neffati H, et al. “Impact of e-cigarette refill liquid exposure on rat kidney“. Regul Toxicol Pharmacol. 2016;77:109–116. 
http://dx.doi.org/10.1016/j.yrtph.2016.02.012
317. Panitz D, Swamy H, Nehrke K.  “A C. elegans model of electronic cigarette use: physiological effects of e-liquids in nematodes“. BMC Pharmacol Toxicol. 2015;16:32. 
http://dx.doi.org/10.1186/s40360-015-0030-0

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Resumen informativo sobre efectos respiratorios obtenidos en estudios basados en ratones.

El siguiente artículo proporciona un resumen muy informativo y detallado sobre la literatura que trata los efectos pre-clínicos (cultivos de células y modelos animals) y clínicos del cigarro electrónico en el sistema respiratorio

J B Morjaria, E Mondati and R Polosa. “E-cigarettes in patients with COPD: current perspectives”. International Journal of COPD, 2017:12:3203-3210. Enlace Acceso Libre

En particular, los autores analizan un ejemplo representativo que muestra las frecuentes inconsistencias en estudios sobre efectos pulmonares de la exposición de tejidos pulmonares al aerosol del cigarro electrónico (CE) en base a experimentos en ratones. Proporcionamos a continuación la traducción del extracto correspondiente:

• La evidencia positiva de sondeos del “mundo real” y estudios clínicos de pacientes con Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) que sustentan los beneficios de salud respiratoria del CE (ver mas adelante), está en marcado contraste con los resultados preocupantes reportados en modelos pre-clínicos (ie cultivos de células y modelos sustitutos animales).
• Por ejemplo, en el estudio de García-Arcos et al [91] la exposición prolongada a glicerol inhalado con nicotina, o PG, estimuló en ratones A/J el desarrollo de efectos tipo EPOC, tales como expresión citóquina, híper-reactividad de vías respiratorias y destrucción de tejido pulmonar. Los autores sugieren que la exposición crónica a nicotina de e-líquido vaporizado puede suscitar elementos de EPOC/enfisema. Sin embargo, los ratones A/J son susceptibles a desarrollas elementos de enfisema pulmonar y EPOC [92-94], en particular si son expuestos a concentraciones tóxicas de nicotina (las cuales no guardan relación alguna con el consumo humano).
• Esto puede ser explicado, por ejemplo, si se considera que una persona promedio, de 60 kg de peso, absorbe al fumar un cigarro 1 mg de nicotina, que es equivalente a 0.017 mg/kg (nicotina por peso corporal). Entonces, si esta persona fuma 25 cigarros diarios (consumo promedio), los niveles totales de nicotina son 0.425 mg/kg (0.017 X 25). En el estudio usando ratones A/J, los roedores fueron expuestos a 0.4 ml de e-líquido a una concentración de nicotina de 18 mg/ml, que es equivalente a 7.2 mg. Si suponemos que los ratones absorbieron el 10% de la nicotina (el escenario mas benigno), esto sería 0.72 mg de nicotina por kg (calculado con el peso humano), que es casi el doble del consumo humano por kg. Si se toma en cuanta que un ratón pesa 25 gm, la dosis diaria de exposición a la nicotina de los ratones de ese estudio fue > 80 veces la exposición a la nicotina de un fumador humano que fuma 25 cigarros diarios. Esto no es otra cosa que intoxicar a los ratones con nicotina.
• También, es importante mencionar que los primeros estudios basados en animales han reportado resultados que son conflictivos entre si; especialmente en casos en que ratones de diferente cepa no han replicado los resultados de los cambios de tipo EPOC por exposición a la nicotina. En otro estudio usando ratones A/J, se mostró que inyecciones intraperitonéas de nicotina a dosis bajas produjeron un crecimiento similar de espacio aéreo en los pulmones [95]. Esto implicaría que los ratones A/J podrían tener una predisposición inherente a desarrollar cambios enfisematosos cuando son sujetos a estímulos nocivos.

Conclusión. Es evidente que, debido a las serias deficiencias metodológicas y falta de estandarización en muchos de estos estudios, no es posible obtener conclusiones claras de estudios basados en models animales sustitutos. El atender errores comunes y desarrollar recomendaciones metodológicas robustas es una prioridad urgente para evaluar adecuadamente el impacto en la salud humana del uso del CE.

Referencias de fuentes citadas

91. Garcia-Arcos I, Geraghty P, Baumlin N, et al. “Chronic electronic cigarette exposure in mice induces features of COPD in a nicotine-dependent manner“. Thorax. 2016;71(12):1119–1129. Enlace

92. Radder JE, Gregory AD, Leme AS, et al. “Variable susceptibility to cigarette smoke-induced emphysema in 34 inbred strains of mice implicates Abi3bp in emphysema susceptibility“. Am J Respir Cell Mol Biol. 2017;57(3):367–375. Enlace

93. Yao H, Edirisinghe I, Rajendrasozhan S, et al. “Cigarette smoke-mediated inflammatory and oxidative responses are strain-dependent in mice“. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2008;294(6):L1174–L1186. Enlace

94. Gordon T, Bosland M. “Strain-dependent differences in susceptibility to lung cancer in inbred mice exposed to mainstream cigarette smoke“. Cancer Lett. 2009;275(2):213–220. Enlace

95. Iskandar AR, Liu C, Smith DE, et al. “beta-cryptoxanthin restores nicotine-reduced lung SIRT1 to normal levels and inhibits nicotine-promoted lung tumorigenesis and emphysema in A/J mice“. Cancer Prev Res (Phila). 2013;6(4):309–320. Enlace

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Crítica a los estudios toxicológicos basados en ratones

Sin una comprobación clínica y (de ser posible) epidemiológica, los resultados que surgen de estudios basados en animales, y en especial ratones (así como los que vienen de cultivos celulares), deben ser evaluados con una alta dosis de escepticismo. Es importante apreciar los resultados de modelos de réplica en animales en su debido contexto: son resultados que proporcionan pistas potencialmente útiles para guiar futura investigación en estudios clínicos y epidemiológicos en seres humanos. El escepticismo se fundamenta en evidencia conocida sobre discrepancias importantes entre resultados de la investigación basada en ratones y efectos clínicos observables en humanos:

• Ataques cardiacos. Un artículo de expertos en la prestigiosa revista Nature [1] encontró que de más de 500 procedimientos que produjeron disminución de ataques cardiacos en animales, solo dos tratamientos funcionaron en humanos.
• Esclerosis lateral amiotrófica (ALS), o enfermedad de Lou Gehrig, proporciona otro ejemplo de discrepancia. El director del Instituto de Desarrollos Terapéuticos de ALS escribió [2] “Hemos probado mas de 100 fármacos potenciales en un modelo establecido basado en ratones … se ha reportado que muchos de estos fármacos logran frenar la enfermedad en el mismo modelo; ninguno fue benéfico en nuestros experimentos”. Añade además que “ocho de estos compuestos fallaron en los ensayos clínicos que en conjunto involucraron a miles de pacientes”.
• Investigación sobre el cáncer. Muchos de los experimentos que los medios noticiarios presentan como “grandes avances” resultan haber sido realizados en ratones. Sin embargo, como afirma el Dr Terry Van Dyke, director del Instituto Nacional de Cáncer [3], la proporción de resultados o tratamientos exitosos en la investigación sobre el cáncer en humanos es apenas el 5%, ya que “el cáncer en ratones no refleja en forma precisa el cáncer en humanos”.

Hay estudios relacionados con la sepsis, quemaduras y trauma. Como es de esperar, es mas fácil llevar a cabo experimentos de este tipo en ratones que en humanos, aunque esta investigación bien podría ser inútil. Como lo reportó el New York Times [4], en base a un estudio de los Proceedings of the National Academy of Sciences [5] – los ratones simplemente no tienen el mismo sistema inmunológico y la estructura genética que los humanos. Por lo tanto, “cada uno de los 150 fármacos probados con gran costo para los pacientes de sepsis han fallado”.

Además del simple hecho de las diferencias biológicas y genéticas entre ratones y humanos, una gran cantidad de la investigación basada en ratones es de muy mala calidad. Una revisión reciente de 2672 experimentos con animales mostró [6] que entre el 70 y el 99% no incluyeron una o mas de las técnicas científicas básicas que garantizan la confiabilidad de los ensayos clínicos en humanos, como por ejemplo, la asignación aleatoria, el blindaje del investigador ante el tratamiento, y utilizar una muestra lo suficientemente grande. Por estos problemas de diseño, muchos de los estudios realizados en ratones podrían ni siquiera proporcionar información confiable sobre los mismos ratones (menos aun sobre sujetos humanos).

Es posible mejorar la calidad y la capacidad de réplica de los estudios basados en animales, en particular nuevos métodos de manipulación genética podrían lograr una mejor capacidad de réplica en humanos por modelos de investigación en animales. Por el momento, es necesario apreciar estos resultados en su contexto debido.

El texto anterior está basado en esta fuente.

Referencias citadas

[1] H. Bart van der Worp et al “Can Animal Models of Disease Reliably Inform Human Studies?” Published: March 30, 2010 https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1000245

[2] S. Perrin “Preclinical research: Make mouse studies work” Comment, Nature. 
http://www.nature.com/news/preclinical-research-make-mouse-studies-work-1.14913

[3] Dr Terry Van Dyke PhD, director of the National Cancer Institute’s Center for Advanced Preclinical Research. “Will Mouse Research Cure Cancer? Uncovering Scientists’ Failures & Faith” http://www.honesthealthnews.org/2015/07/09/will-cutting-edge-mouse-research-cure-cancer-behind-the-scenes-of-scientists-failures-faith/

[4] http://www.nytimes.com/2013/02/12/science/testing-of-some-deadly-diseases-on-mice-mislead-report-says.html

[5] J. Seok et al, “Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases”, PNAS 2013 February, 110 (9) 3507-3512. https://doi.org/10.1073/pnas.1222878110 Acceso Libre

[6] Reportado por Martin Enserink “Most animal research studies may not avoid key biases”.
http://www.sciencemag.org/news/2015/10/most-animal-research-studies-may-not-avoid-key-biases

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Mas críticas al modelo sustituto del ratón en enfermedades humanas.

Es útil traducir los resúmenes de varios artículos críticos sobre los modelos sustitutos basados en ratones, incluyendo dos de las referencias citadas anteriormente. Como puede apreciarse en los resúmenes de estos artículos no hay justificación para transpasar o generalizar resultados de toxicología en ratones a efectos clínicos en humanos.

Estudio #1

H. Bart van der Worp et al “Can Animal Models of Disease Reliably Inform Human Studies?” Published: March 30, 2010 https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1000245 (Enlace) Acceso Libre

Algunos puntos clave de resumen

• El valor de experimentos en animales para predecir la efectividad de estrategia de tratamiento en ensayos clínicos es un asunto controvertido, sobre todo debido a los fracasos recurrentes en transladar intervenciones aparentemente promisorias en animales a su aplicación clínica
• El error de translación puede ser explicado en parte por fallas metodológicas en estudios animales, las cuales conducen a sesgos sistemáticos y de ahí a datos inadecuados y conclusiones incorrectas sobre eficacia.
• Los fracasos también pueden resultar por disparidades críticas, usualmente específicas a las enfermedades, entre los modelos basados en animales y los ensayos clínicos que prueban la estrategia de tratamiento.

Estudio #2

Junhee Seok, H. Shaw Warren, Alex G. Cuenca, Michael N. Mindrinos, Henry V. Baker, Weihong Xu, Daniel R. Richards, Grace P. McDonald-Smith, Hong Gao, Laura Hennessy, Celeste C. Finnerty, Cecilia M. López, Shari Honari, Ernest E. Moore, Joseph P. Minei, Joseph Cuschieri, Paul E. Bankey, Jeffrey L. Johnson, Jason Sperry, Avery B. Nathens, Timothy R. Billiar, Michael A. West, Marc G. Jeschke, Matthew B. Klein, Richard L. Gamelli, Nicole S. Gibran, Bernard H. Brownstein, Carol Miller-Graziano, Steve E. Calvano, Philip H. Mason, J. Perren Cobb, Laurence G. Rahme, Stephen F. Lowry, Ronald V. Maier, Lyle L. Moldawer, David N. Herndon, Ronald W. Davis, Wenzhong Xiao, Ronald G. Tompkins and the Inflammation and Host Response to Injury, Large Scale Collaborative Research Program

“Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.”
PNAS 2013 February, 110 (9) 3507-3512. https://doi.org/10.1073/pnas.1222878110
(Enlace) Acceso Libre

Resumen

Una piedra angular de la investigación biomédica moderna es el uso de ratones para explorar mecanismos patofisiológicos básicos, evaluar nuevos enfoques terapéuticos, y tomar decisiones de “proceder” o “no proceder” para conducir a nuevos fármacos bajo prueba a ensayos clínicos. Sin embargo, no existen estudios sistemáticos que evalúen que tan bién los modelos basados en ratones emulan las enfermedades inflamatorias. En el presente trabajo mostramos que, aunque estrés inflamatorio agudo de diferentes etiologías resulta en respuestas genómicas muy similares en humanos, las respuestas en modelos basados en el ratón se correlacionan deficientemente con las condiciones humanas, y también entre si. Entre genes significativamente cambiados en humanos, los ortologos de los ratones se ajustan en forma casi aleatoria a sus contrapartes humanas (e.g. R2 entre 0.0 y 0.1). Además de mejoras en los sistemas de modelos animales disponibles, nuestro estudio confiere una alta prioridad a que la investigación medica de translación se enfoque en la mayor complejidad de las condiciones humanas en vez de depender en modelos basados en ratones para estudiar enfermedades inflamatorias en humanos.

Estudio #3

Robert L. Perlman. “Mouse models of human disease: An evolutionary perspective”
Evol Med Public Health. 2016; 2016(1): 170–176. Published online 2016 May 21. doi: 10.1093/emph/eow014

Resumen

El uso de ratones como organismo modelo para el estudio de la biología humana está predicado por similitud genética y fisiológica entre ambas especies. No obstante. los ratones y los humanos han evolucionado y se han adaptado a ambientes distintos, por lo que son organismos muy distintos a pesar de su relación filogenética relativamente cercana. Los ratones frecuentemente responden a intervenciones experimentales en formas que difieren apreciablemente de los humanos. Los ratones son muy valiosos para estudiar proceso biológicos que se conservaron durante la linea de evolución común entre roedores y primates, así como para investigar los mecanismos de desarrollo por los cuales el genoma conservado de mamíferos conduce a la variedad de especies distintas. Sin embargo, los ratones son menos confiables como modelos de enfermedad humana, ya que las redes que relacionan a los genes de las enfermedades son muy probablemente muy distintos en ambas especies. El uso de ratones en la investigación biomédica debe tomar en cuanta las diferencias, así como las semejanzas, entre ratones y humanos.

Comentarios finales

A pesar de la documentación disponible sobre las diferencias entre ratones y humanos, y a pesar de la historia de “errores de traducción” en la aplicación de investigaciones en ratones a humanos, los reportes sobre investigación en ratones so acompañados frecuentemente de afirmaciones engañosas y sin fundamento, tales como “Siguiendo nuestro entendimiento sobre la cepa X de ratón debe proporcionar nuevas claves sobre Y en humanos”. Este tipo de afirmaciones levantan esperanzas falsas y son en última instancia contraproducentes, ya que representan un desperdicio de recursos y aumentan el escepticismo público sobre el valor de la investigación biomédica. De hecho, los problemas en traducir la investigación en ratones, y otros models sustitutos con animales, a humanos ha inducido a varios científicos a cuestionar el valor de esta investigación. 

Mas aún, la discusión crítica sobre la experimentación en animales es rutinariamente de formada por activistas de “derechos animales” que promueven la desaparición de esta investigación. Estas intromisiones, así sean inoportunas e indeseadas, no deben suprimir la discusión. Por las razones mencionadas anteriormente, la investigación sobre ratones (y otras especies) es esencial y debe ser apoyada. Sin embargo, esta investigación debe ser diseñada e interpretada con la apreciación adecuada de las diferencias evolutivas, así como las semejanzas entre M músculos y H sapiens.

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Crítica a un artículo reseña sobre aspectos toxicológicos del cigarro electrónico

Como mostramos mas adelante, el siguiente artículo reseña proporciona información selectiva y muy tergiversada sobre los efectos toxicológicos pulmonares del uso del cigarro electrónico:

Lauren F. Chun, Farzad Moazed, Carolyn S. Calfee, Michael A. Matthay, and Jeffrey E. Gotts. Pulmonary toxicity of e-cigarettes 1 Aug 2017 https://doi.org/10.1152/ajplung.00071.2017 (Enlace)

Resumen

Los cigarros electrónicos (e-cigs) han sido diseñados para calentar y aerosolizar mezclas de glicerina vegetal, propilenglicol, nicotina y aditivos saborizantes, logrando suministrar nicotina en ausencia de combustión. estos dispositivos fueron originalmente desarrollados para facilitar el cese de fumar y han estado disponibles en los EEUU por mas de una década. Desde 2010 el uso del e-cig se ha expandido rápidamente, especialmente entre los adolescentes, esto a pesar de la escasez de datos sobre su seguridad sanitaria a corto y largo plazo. Los patrones de uso han cambiado a incluir personas que nunca han fumado y a muchos usuarios “duales” que combinan su uso con el fumar otros productos combustibles de tabaco.

En los últimos años la investigación sobre la toxicidad potencial de los aerosoles del e-cig ha crecido exponencialmente. Mientras tanto, los proponentes de políticas sanitarias públicas se enfrentan a una gran dificultad para regular un enorme arreglo de productos diversos ante la presión en el transfundo de un fuerte activismo por usuarios, fabricantes y expertos de control del tabaco. En el presente trabajo proporcionamos una reseña actualizada del perfil de toxicidad pulmonar de estos dispositivos, resumiendo la evidencia de estudios en cultivos célulares, modelos de animales y en sujetos humanos. Enfatizamos las carencias principales en nuestro entendimiento y el de las comunidades regulatorias, así como también identificamos las areas que requieren mas trabajo en este importante y rápidamente cambiante campo de investigación.

Conclusiones

En resumen, hay un cuerpo de evidencia que crece rápidamente, derivado de estudios in vitro, en animales y en humanos, que indica que el uso de los e-cigs puede conllevar a toxicidad pulmonar significativa (ver figura 2). Sin embargo, muchos mas estudios son necesarios para examinar las múltiples variables involucradas en el uso de los e-cigs, incluyendo el rol de la nicotina, aditivos saborizantes, la física de la aerosolización y el impacto debido a la exposición crónica y repetitiva.

Respuesta crítica a este artículo

Este artículo fue criticado en una carta al editor de la revista American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. A continuación presentamos la traducción de esta respuesta:

Massimo Caruso, Colin P. Mendelsohn, and Riccardo Polosa Letter to the Editor: Pulmonary toxicity of electronic cigarettes: more doubts than certainties 6 Nov 2017 https://doi.org/10.1152/ajplung.00402.2017 (Enlace) Acceso Libre

To the editor:

Leemos con interés, en un ejemplar reciente de American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology, un artículo reseña sobre efectos potenciales del uso de cigarros electrónicos (CE) en los pulmones. Este es un tema de actualidad, y los autores llevan a cabo un trabajo extenso en enfatizar los compuestos químicos asociados al CE, su relevancia en efectos sobre el pulmón en el contexto de toxicidad potencial, y los enfoques y retos del estudio de estos dispositivos.

Sin embargo, el principal problema con este artículo reseña es que los autores han sistemáticamente omitido toda evidencia que los contradice, han fracasado en en considerar el impacto de las limitaciones metodológicas significativas de la mayor parte de los estudios revisados, así como pasado por alto la dudosa relevancia que tienen los estudios in vitro y en animales para sujetos humanos. Por ende, este artículo conduce a mas dudas que certezas.

Es fácil ilustrar el problema de reportar estudios selectivamente al constatar el énfasis sobre hallazgos negativos junto con el desechar resultados positivos. Por ejemplo, cuando discuten la toxicidad celular por el uso de CE en base a modelos in vitro, los autores omiten mencionar que la ausencia de toxicidad (a pesar de altos niveles de exposición) fue reportada en tres de los ocho artículos que describen el fenómeno. Adicionalmente, podemos cuestionar la relevancia de datos obtenidos por exposición directa a los líquidos, en vez de al aerosol. Intuitivamente, la exposición a éste último es mas relevante a la situación de la vida real.

La reseña revisó estudios que reportan efectos adversos, pero omitió incluir un rango de estudios clínicos con fumadores participantes que adoptaron el uso del CE (ver [1], [3,4,5]). Estos estudios han mostrado consistentemente que el uso de CE (en condiciones de uso normales) es muy poco probable que presente una preocupación significativa sobre efectos sanitarios en el sistema respiratorio humano, de hecho, sucede al revés: hay una mejora en la situación sanitaria en muchos casos (ver [1], [3,4,5]). Una selección de estudios mas extensa hubiera proporcionado una descripción mas precisa de la investigación disponible a la fecha

Con respecto a los efectos sanitarios de las emisiones del aerosol del CE, es altamente especulativo el proyectar a humanos los resultados de estudios en lineas de células, o estudios sobre animales. Estos estudios no están replicando las condiciones de uso normal en humanos, ya que carecen de protocolos estandarizados de generación de aerosol del CE, así como del elemento de comparación relevante (con el humo del tabaco) y de dosimetría adecuada. Los estudios en vitro y sobre animales frecuentemente incurren en exposiciones crónicas de dosis elevadas al aerosol que no aproximan la exposición de sujetos humanos al aerosol del CE, lo cual conduce a una sobre-estimación de los efectos toxicológicos.

Mas aún, los estudios in vitro y sobre animales no consideran el impacto de la historia previa de tabaquismo. Esto es importante, ya que el daño acumulado a lo largo de muchos años de haber fumado no desaparece en el momento en que los cigarros son sustituidos por CE’s, por lo que bien pueden introducir sesgos que conducen a una interpretación errónea de los datos. La metodología deficiente y la falta de estandarización en estos estudios son problemas serios, lo cual se revela en los resultados contradictorios en los que se detecta citotoxicidad, liberación de citocinas inflamatorias y mutagenesis en algunos estudios y no en otros.

Los autores exageran los cambios agudos detectados en pruebas respiratorias de alta sensibilidad en estudios experimentales a corto plazo, omitiendo mencionar que estos cambios simplemente reflejan la respuesta fisiológica del sistema respiratorio contra una irritación transitoria por exposición al aerosol del CE. Los efectos transitorios del vapeo en mediciones sanitarias en estudios experimentales a corto plazo en humanos son clínicamente irrelevantes sin un valor de prognosis.

Al poner un énfasis mayor en los riesgos potenciales del uso del CE, los autores han desechado el reconocimiento de que estos productos representan una oportunidad de mejora de salud individual y pública.

Nuestra crítica

El artículo reseña “Pulmonary toxicity of e-cigarettes” (Chun et al) ofrece una descripción detallada de las características de los cigarros electrónicos, así como una reseña de estudios en la literatura que tratan sobre los efectos toxicológicos (citoxicidad, estudios en animales y en humanos) del uso del cigarro electrónico en los pulmones. Dicha reseña es, como mencionan los autores de la carta al editor que tradujimos anteriormente (Caruso, Mendelsohn y Polosa), sumamente selectiva al haber recopilado y revisado únicamente aquellos resultados en la literatura que señalan efectos toxicológicos adversos en el cigarro electrónico.

Sin embargo, incluso los reportes de estos resultados (supuestamente) adversos han sido descritos en forma exagerada y fuera de contexto. Los autores distorsionan la información ya desde el el mismo abstract (ver traducción de su resumen), afirmando que:

• “Desde 2010 el uso del e-cig se ha expandido rápidamente, especialmente entre los adolescentes, esto a pesar de la escasez de datos sobre su seguridad sanitaria a corto y largo plazo.”

No es factualmente correcto afirmar que hay “escasez de datos” sobre la seguridad del uso del cigarro electrónico a corto plazo. Hay ya bastantes estudios, desde observacionales hasta ensayos clínicos de asignación aleatoria (el “estándar dorado” de investigación clínica) que corroboran la falta de efectos adversos graves a corto plazo (1 año y un estudio hasta 3.5 años). Ver aquí y aquí.

• “Los patrones de uso han cambiado a incluir personas que nunca han fumado”

Es un hecho constatado en bastantes censos y sondeos poblacionales (ver estadísticas) que la proporción de personas que usan el cigarro electrónico, sin jamás haber fumado, es mínima (0.5% en un sondeo en la Unión Europea)

Como señalan Caruso, Mendelsohn y Polosa, los autores de esta reseña relatan los efectos adversos del uso del cigarro electrónico, sin matizar en el hecho de que los resultados denotan (en su inmensa mayoría) una potencialidad tóxica que resulta de estudios citotóxicos y basados en modelos de ratones, que raramente se traducen en toxicidad verificada a nivel clínico. Estos autores, además, no ofrecen la comparación de referencia esencial con la toxicidad del humo del cigarro, la cual ampara su beneficio para fumadores de la vida real que buscan una reducción de riesgos y daños.

El texto completo del artículo no es de libre acceso, por lo que no podemos proporcionar extractos. Sin embargo, comentamos sobre dos ejemplo que ilustran la manera distorsionada de revisar la literatura:

La toxicidad de la exposición prolongada al propilenglicol. El artículo de Chun et al menciona que

• “como hecho interesante que se ha reportado que los trabajadores en producción teatral expuestos a las ‘nieblas’ generadas por PG (propilenglicol) y VG (glicerol) muestran padecimientos crecientes de dispnea, rigidez pectoral y respiración sibilante, todo en proporción a la exposición acumulada”

citando como fuente al articulo de Varughese et al. Sin embargo, Chun et al omiten mencionar otros estudios que han mostrado que la exposición de animales (roedores y primates) y humanos (precisamente trabajadores de producciones teatrales pero también an la industria de la aviación) al PG no produce efectos adversos a largo plazo (de la reseña que resumimos):

Se ha expresado preocupación por riesgos en humanos, en base a estudios de personas expuestas a la “niebla de teatro” [Varughese et al. 2005; American Chemistry Council, 2003] o al propilenglicol usado en la industria de la aviación [Wieslander et al. 2001]. En dichos estudios se encontró irritación en las vías respiratorias, mas no se encontró lesiones pulmonares permanentes ni otras implicaciones sanitarias adversas a largo plazo. Es de notar, sin embargo, que en estas circunstancias se ha usado propilenglicol sin pureza farmacéutica y en algunos casos se ha añadido varios tipos aceites, lo cual hace difícil la interpretación de los resultados de estos estudios en el contexto del uso del cigarro electrónico.

Es de notar que en las “nieblas de teatro” no utilizan PG con pureza farmacéuticas, sino mezclas con diversos aceites, lo cual no permite atribuir síntomas respiratorios exclusivamente al PG.

La toxicidad por la presencia de diacetilo en el aerosol del cigarro electrónico. Chun et al mencionan en varios párrafos el peligro de contraer la enfermedad pulmonar bronchiolitis obliterans (o “pulmón de las palomitas de maíz”) por inhalar diacetilo, el cual puede estar presente en el aerosol del cigarro electrónico por descomposición térmica de saborizantes artificiales. Sin embargo, omiten mencionar que el diacetilo siempre puede ser eliminado de los saborizantes en los solventes líquidos, por lo que puede ser elminado del aerosol del cigarro electrónico, además que en los casos reportados se encuentra en concentraciones entre 200 y 700 veces menores a las del humo del cigarro, además no hay un solo caso reportado de usuarios de cigarro electrónico (o incluso fumadores) que haya contraído esta enfermedad (ver discusión extensa aquí y aquí).

Finalmente, es lamentable que la reseña de Chun et al comunique información tan selectivamente distorsionada sobre los cigarros electrónicos a la comunidad de neumólogos y médicos especialistas en enfermedades respiratorias. Dado que el cigarro electrónico es un producto de administración de nicotina de mucho menor riesgo que el cigarro de tabaco, sería muy lamentable que aquellos médicos que consideren a Chun et al como referencia eviten recomendar esta alternativa a sus pacientes fumadores que no logran dejar de fumar por otros métodos.

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