Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han desarrollado una forma de entregar los componentes de reparación del genoma mediante la técnica de edición genética CRISPR de manera más eficiente que antes y creen que puede ser más seguro para el uso humano.
En un estudio con modelos experimentales, encontraron que podían corregir el gen mutado que causa un trastorno hepático raro, en el 6 por ciento de las células del hígado, lo suficiente para curar a los individuos con la enfermedad, conocida como tirosinemia.
'Este descubrimiento realmente nos entusiasma porque nos hace pensar que se trata de un sistema de reparación de genes que se podría utilizar para tratar una variedad de enfermedades, no sólo tirosinemia sino otras también', dice Daniel Anderson, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch del MIT para Investigación Integrativa del Cáncer y el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES, por sus siglas en inglés).
La técnica de edición del genoma conocida como CRISPR permite a los científicos recortar una secuencia específica de ADN y reemplazarla por una nueva, lo que ofrece el potencial de curar enfermedades causadas por genes defectuosos. Sin embargo, para que este potencial se haga realidad, deben encontrar una manera de entregar de forma segura la maquinaria CRISPR y una copia corregida del ADN en las células enfermas.
El sistema CRISPR se basa en la maquinaria celular que las bacterias utilizan para defenderse de la infección viral. Los investigadores han aprovechado previamente este sistema para crear complejos de genes editados por una enzima de ADN llamada Cas9 y ARN cortos que guían a la enzima a un área específica del genoma, llevando Cas9 dónde se hace el corte.
Cuando Cas9 y ARN guía se dirigen a un gen de la enfermedad se entregan en las células, se hace en el genoma un corte específico y los procesos de reparación del ADN de las células pegan el corte de nuevo, eliminando a menudo una pequeña parte del genoma. Sin embargo, si también se lleva una copia corregida del gen cuando se hace el corte, la reparación del ADN puede generar la corrección del gen que provoca la patología, reparando permanentemente el genoma.
En 2014, Anderson y sus colegas describieron el primer uso de CRISPR para reparar un gen de la enfermedad en un animal adulto y fueron capaces de curar la tirosinemia en ratones. Sin embargo, la entrega de los componentes genéticos requería una inyección de alta presión, un método que también puede causar algún daño al hígado.
'Esa fue la primera demostración de la utilización de CRISPR/Cas9 para la reparación genética en un animal adulto --dice Anderson, uno de los autores principales que describe el nuevo estudio en 'Nature Biotechnology'--. Estábamos emocionados por esta demostración, pero queríamos encontrar una manera de desarrollar una forma farmacológica de la maquinaria de reparación que fuera a la vez más segura y más eficiente'.
Los investigadores también querían aumentar el porcentaje de células que tenían el gen defectuoso reemplazado. En el estudio anterior, se repararon aproximadamente una de cada 250 células hepáticas, lo que fue suficiente para tratar con éxito la tirosinemia, pero para muchas otras patologías, se necesitaría un mayor porcentaje de reparación para conseguir un efecto terapéutico.
En el nuevo estudio, Anderson y sus colegas desarrollaron una nanopartícula combinada y un sistema de entrega viral para suministrar la maquinaria de reparación CRISPR. En primer lugar, crearon una nanopartícula a partir de lípidos y ARN mensajero (ARNm) que codifica la enzima Cas9 y los otros dos componentes --la hebra guía de ARN y el ADN para el gen corregido-- fueron incorporados en una partícula viral reprogramada basado en un virus adeno-asociado (AAV, por sus siglas en inglés).
Los autores primero inyectaron el virus alrededor de una semana antes de las nanopartículas lipídicas, dando tiempo a las células del hígado para comenzar a producir la hebra guía ARN y el ADN molde. Cuando se inyectaron las nanopartículas portadoras del ARNm de cadena larga que codifica Cas9, las células comenzaron a producir la proteína Cas9, pero sólo durante unos días debido a que el ARNm finalmente se degradó. Éste es el tiempo suficiente para realizar la reparación de genes, pero impide que cas9 persista en las células y potencialmente interrumpe otras partes del genoma de las células.
'Hay cierta preocupación de que si una persona tuviera Cas9 en sus células durante demasiado tiempo, podría provocar cierta inestabilidad genómica', explica Anderson. 'Creemos que el uso de la nanopartícula ARNm proporciona un nivel adicional de seguridad al controlar que la enzima no está presente durante un periodo demasiado largo de tiempo', señala.
Con este método, aproximadamente una de cada 16 células tenía el gen corregido, una mejora de 15 veces sobre el estudio 2.014. Los investigadores también encontraron que este enfoque genera menos corte de ADN fuera del objetivo que los métodos en los que el gen Cas9 se integra en el genoma de una célula. 'Hicimos un análisis del genoma a gran escala y tenemos un nivel muy alto de efectos en la diana, pero casi no hay efectos fuera del objetivo', dice Yin.
El laboratorio de Anderson ha desarrollado nanopartículas lipídicas similares que ahora están en desarrollo clínico. Las partículas virales de AAV están en ensayos clínicos para otros fines, por lo que los investigadores son optimistas de que este método de entrega de CRISPR puedan ser utilizado en seres humanos, aunque se necesitan más estudios.
Los científicos han solicitado patentes de esta técnica, que creen podría ser utilizada para tratar una amplia gama de enfermedades, especialmente aquellas del hígado. 'Hay una serie de enfermedades metabólicas y otros trastornos del hígado, donde si se fija un gen mutado podría tener realmente un impacto en la salud humana', dice Anderson.