Massachusetts Institute of Technology
En un nuevo estudio, los investigadores del MIT han desarrollado nanopartículas que pueden entregar el sistema de edición del genoma CRISPR y modificar específicamente los genes en ratones. El equipo utilizó nanopartículas para transportar los componentes CRISPR, eliminando la necesidad de usar virus para la entrega. Usando la nueva técnica de administración, los investigadores pudieron cortar ciertos genes en aproximadamente 80 por ciento de las células hepáticas, la mejor tasa de éxito que se haya logrado con CRISPR en animales adultos. "Lo que es realmente emocionante aquí es que hemos demostrado que puede hacer una nanopartícula que se puede utilizar para editar de forma permanente y específica el ADN en el hígado de un animal adulto", dice Daniel Anderson, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química del MIT. un miembro del Instituto Koch de MIT para la Investigación Integral del Cáncer y el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES). Uno de los genes seleccionados en este estudio, conocido como Pcsk9, regula los niveles de colesterol. Las mutaciones en la versión humana del gen están asociadas a un raro trastorno llamado hipercolesterolemia familiar dominante, y la FDA aprobó recientemente dos medicamentos de anticuerpos que inhiben a Pcsk9. Sin embargo, estos anticuerpos deben tomarse con regularidad, y durante el resto de la vida del paciente, para proporcionar terapia. Las nuevas nanopartículas editan permanentemente el gen después de un solo tratamiento, y la técnica también ofrece una promesa para el tratamiento de otros trastornos hepáticos, según el equipo del MIT. Anderson es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 13 de noviembre de Nature Biotechnology. El autor principal del artículo es el científico investigador del Instituto Koch Hao Yin. Otros autores incluyen al profesor del Instituto David H. Koch Robert Langer del MIT, los profesores Victor Koteliansky y Timofei Zatsepin del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología, y el profesor Wen Xue de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.
Enfocarse en la enfermedad
Muchos científicos están tratando de desarrollar formas seguras y eficientes para administrar los componentes necesarios para CRISPR, que consiste en una enzima cortadora de ADN llamada Cas9 y un ARN corto que guía la enzima hacia un área específica del genoma, dirigiendo a Cas9 hacia dónde hacer su cortar. En la mayoría de los casos, los investigadores confían en los virus para transportar el gen de Cas9, así como la cadena de guía del ARN. En 2014, Anderson, Yin y sus colegas desarrollaron un sistema de administración no viral en la primera demostración de curación de una enfermedad (el trastorno hepático tirosinemia) con CRISPR en un animal adulto. Sin embargo, este tipo de parto requiere una inyección a alta presión, un método que también puede causar daño al hígado. Más tarde, los investigadores mostraron que podían administrar los componentes sin la inyección a alta presión al empacar el ARN mensajero (ARNm) que codifica Cas9 en una nanopartícula en lugar de un virus. Utilizando este enfoque, en el cual el ARN guía todavía era administrado por un virus, los investigadores pudieron editar el gen objetivo en aproximadamente el 6 por ciento de los hepatocitos, que es suficiente para tratar la tirosinemia. Si bien esa técnica de entrega es prometedora, en algunas situaciones sería mejor tener un sistema de administración completamente no viral, dice Anderson. Una consideración es que una vez que se usa un virus en particular, el paciente desarrollará anticuerpos contra él, por lo que no podría volver a usarse. Además, algunos pacientes tienen anticuerpos preexistentes a los virus que se prueban como vehículos de entrega CRISPR. En el nuevo documento de Nature Biotechnology, los investigadores idearon un sistema que entrega tanto la guía Cas9 como la guía de ARN utilizando nanopartículas, sin necesidad de virus. Para administrar los ARN guía, primero tuvieron que modificar químicamente el ARN para protegerlo de las enzimas en el cuerpo que normalmente lo descompondrían antes de que pudiera llegar a su destino. Los investigadores analizaron la estructura del complejo formado por Cas9 y la guía de ARN, o ARNg, para descubrir qué secciones de la cadena de ARN guía podrían modificarse químicamente sin interferir con la unión de las dos moléculas. Con base en este análisis, crearon y probaron muchas combinaciones posibles de modificaciones. "Usamos la estructura del complejo Cas9 y sgRNA como una guía e hicimos pruebas para descubrir que podemos modificar hasta un 70 por ciento del ARN guía", dice Yin. "Podríamos modificarlo en gran medida y no afectar la unión de sgRNA y Cas9, y esta modificación mejorada realmente mejora la actividad".
Reprogramando el hígado
Los investigadores empaquetaron estas guías de ARN modificadas (que llaman ARNg mejorado) en nanopartículas de lípidos, que previamente habían utilizado para administrar otros tipos de ARN al hígado, y las inyectaron en ratones junto con nanopartículas que contienen ARNm que codifica Cas9.
Experimentaron con la eliminación de algunos genes diferentes expresados por los hepatocitos, pero centraron la mayor parte de su atención en el gen Pcsk9 regulador del colesterol. Los investigadores pudieron eliminar este gen en más del 80 por ciento de las células hepáticas, y la proteína Pcsk9 no fue detectable en estos ratones. También encontraron una caída del 35 por ciento en los niveles de colesterol total de los ratones tratados.
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