En un nuevo estudio, Los investigadores del MIT han desarrollado nanopartículas que pueden proporcionar el sistema de edición del genoma CRISPR y modificar específicamente genes en ratones. El equipo utilizó nanopartículas para transportar los componentes CRISPR, eliminando la necesidad de utilizar virus para la entrega.

Usando la nueva técnica de entrega, los investigadores pudieron eliminar ciertos genes en aproximadamente el 80 por ciento de las células del hígado, la mejor tasa de éxito jamás lograda con CRISPR en animales adultos.

"Lo que es realmente emocionante aquí es que hemos demostrado que se 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 y miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES).

Uno de los genes objetivo de este estudio, conocido como Pcsk9, regula los niveles de colesterol. Las mutaciones en la versión humana del gen están asociadas con un trastorno poco común llamado hipercolesterolemia familiar dominante. y la FDA aprobó recientemente dos fármacos de anticuerpos que inhiben la Pcsk9. Sin embargo, estos anticuerpos deben tomarse con regularidad, y por el resto de la vida del paciente, para proporcionar terapia. Las nuevas nanopartículas editan permanentemente el gen tras un único tratamiento, y la técnica también es prometedora 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 Biotecnología de la naturaleza . 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 de Ciencia y Tecnología de Skolkovo, y el profesor Wen Xue de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.

Dirigirse a la enfermedad

Muchos científicos están tratando de desarrollar formas seguras y eficientes de entregar los componentes necesarios para CRISPR, que consiste en una enzima de corte de ADN llamada Cas9 y un ARN corto que guía la enzima a un área específica del genoma, dirigiendo a Cas9 dónde hacer su corte.

En la mayoría de los casos, los investigadores confían en virus para transportar el gen de Cas9, así como la hebra guía de ARN. En 2014, Anderson, Yin y sus colegas desarrollaron un sistema de administración no viral en la primera demostración de curar una enfermedad (el trastorno hepático tirosinemia) con CRISPR en un animal adulto. Sin embargo, este tipo de entrega requiere una inyección a alta presión, un método que también puede causar algún daño al hígado.

Más tarde, los investigadores demostraron que podían administrar los componentes sin la inyección de alta presión al empaquetar el ARN mensajero (ARNm) que codifica Cas9 en una nanopartícula en lugar de un virus. Usando este enfoque, en el que el ARN guía todavía era administrado por un virus, los investigadores pudieron editar el gen diana 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, Anderson dice. Una consideración es que una vez que se usa un virus en particular, el paciente desarrollará anticuerpos contra él, por lo que no se puede volver a utilizar. También, algunos pacientes tienen anticuerpos preexistentes contra los virus que se están probando como vehículos de administración CRISPR.

En el nuevo artículo de Nature Biotechnology, los investigadores idearon un sistema que entrega tanto Cas9 como la guía de ARN usando nanopartículas, sin necesidad de virus. Para entregar los ARN guía, primero tuvieron que modificar químicamente el ARN para protegerlo de las enzimas del 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 sgRNA, para averiguar qué secciones de la cadena de ARN guía podrían modificarse químicamente sin interferir con la unión de las dos moléculas. Basado en este análisis, crearon y probaron muchas combinaciones posibles de modificaciones.

"Usamos la estructura del complejo Cas9 y sgRNA como guía e hicimos pruebas para descubrir que podemos modificar hasta un 70 por ciento del RNA guía, "Yin dice." 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 ellos llaman ARNg mejorado) en nanopartículas de lípidos, que habían utilizado previamente para administrar otros tipos de ARN al hígado, y los inyectó 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 que regula el colesterol. Los investigadores pudieron eliminar este gen en más del 80 por ciento de las células del hígado, y la proteína Pcsk9 fue indetectable en estos ratones. También encontraron una caída del 35 por ciento en los niveles de colesterol total de los ratones tratados.

Los investigadores ahora están trabajando para identificar otras enfermedades hepáticas que podrían beneficiarse de este enfoque. y el avance de estos enfoques hacia su uso en pacientes.

"Creo que tener una nanopartícula completamente sintética que pueda desactivar específicamente los genes podría ser una herramienta poderosa no solo para Pcsk9 sino también para otras enfermedades," Anderson dice. El hígado es un órgano realmente importante y también es una fuente de enfermedad para muchas personas. Si puede reprogramar el ADN de su hígado mientras lo sigue usando, creemos que hay muchas enfermedades que podrían abordarse ".

"Estamos muy emocionados de ver que esta nueva aplicación de nanotecnología abre nuevas vías para la edición de genes, ", Agrega Langer.