Los científicos del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson dieron un paso para hacer que la terapia génica sea más práctica al simplificar la forma en que las instrucciones de edición de genes se envían a las células. Usando una nanopartícula de oro en lugar de un virus inactivado, entregaron de forma segura herramientas de edición de genes en modelos de laboratorio del VIH y trastornos sanguíneos hereditarios, como se informó el 27 de mayo en Materiales de la naturaleza .

Es la primera vez que se utiliza una nanopartícula de oro cargada con CRISPR para editar genes en un subconjunto raro pero poderoso de células madre sanguíneas. la fuente de todas las células sanguíneas. La nanopartícula de oro que lleva CRISPR condujo a una edición genética exitosa en células madre sanguíneas sin efectos tóxicos.

"A medida que las terapias génicas se abren paso a través de los ensayos clínicos y están disponibles para los pacientes, necesitamos un enfoque más práctico, "dijo la autora principal, la Dra. Jennifer Adair, miembro asistente de la División de Investigación Clínica de Fred Hutch, agregando que los métodos actuales para realizar la terapia génica son inaccesibles para millones de personas en todo el mundo. "Quería encontrar algo más simple, algo que entregaría la edición de genes de forma pasiva a las células madre de la sangre ".

Si bien CRISPR ha hecho que sea más rápido y más fácil entregar con precisión modificaciones genéticas al genoma, todavía tiene desafíos. Hacer que las células acepten las herramientas de edición de genes CRISPR implica una pequeña descarga eléctrica que puede dañar e incluso matar las células. Y si se requieren ediciones genéticas precisas, luego, se deben diseñar moléculas adicionales para entregarlas, sumando costos y tiempo.

Las nanopartículas de oro son una alternativa prometedora porque la superficie de estas pequeñas esferas (alrededor de una milmillonésima parte del tamaño de un grano de sal de mesa) permite que otras moléculas se adhieran fácilmente a ellas y permanezcan adheridas.

"Diseñamos las nanopartículas de oro para atravesar rápidamente la membrana celular, esquivar los orgánulos celulares que buscan destruirlos e ir directamente al núcleo celular para editar genes, "dijo el Dr. Reza Shahbazi, un investigador postdoctoral de Fred Hutch que ha trabajado con nanopartículas de oro para la administración de fármacos y genes durante siete años.

Shahbazi hizo las partículas de oro a partir de oro de laboratorio que se purifica y viene como líquido en una pequeña botella de laboratorio. Mezcló el oro purificado en una solución que hace que los iones de oro individuales formen partículas diminutas, que luego los investigadores midieron por tamaño. Descubrieron que un tamaño particular (19 nanómetros de ancho) era el mejor por ser lo suficientemente grande y pegajoso como para agregar materiales de edición de genes a la superficie de las partículas. sin dejar de ser lo suficientemente pequeño para que las células los absorban.

Empaquetada sobre las partículas de oro, el equipo de Fred Hutch agregó estos componentes de edición de genes (diagrama disponible):

• Un tipo de guía molecular llamada crRNA actúa como un GPS genético para mostrar el complejo CRISPR en qué parte del genoma se debe realizar el corte.
• Proteína nucleasa CRISPR, a menudo llamado "tijeras genéticas, "hace el corte en el ADN. La proteína nucleasa CRISPR más utilizada es Cas9. Pero los investigadores de Fred Hutch también estudiaron Cas12a (anteriormente llamado Cpf1) porque Cas12a hace un corte escalonado en el ADN. Los investigadores esperaban que esto permitiera que las células Repare eficientemente el corte y, al mismo tiempo, incruste las nuevas instrucciones genéticas en la célula. Otra ventaja de Cas12a sobre Cas9 es que solo requiere una guía molecular, lo cual es importante debido a las limitaciones de espacio en las nanopartículas. Cas9 requiere dos guías moleculares.
• Instrucciones sobre qué cambios genéticos realizar ("ssDNA"). El equipo de Fred Hutch eligió dos cambios genéticos heredados que otorgan protección contra enfermedades:CCR5, que protege contra el VIH, y hemoglobina gamma, que protege contra trastornos sanguíneos como la anemia de células falciformes y la talasemia.
• Una capa de polietilenimina invade la superficie de las partículas para darles una carga más positiva, lo que les permite ser absorbidos más fácilmente por las células. Esta es una mejora con respecto a otro método para hacer que las células utilicen herramientas de edición de genes, llamado electroporación, lo que implica aplicar una ligera descarga a las células para que se abran y permitan que entren las instrucciones genéticas.

Luego, los investigadores aislaron células madre sanguíneas con un marcador de proteína en su superficie llamado CD34. Estas células CD34 positivas contienen las células progenitoras productoras de sangre que dan lugar a toda la sangre y al sistema inmunológico.

"Estas células reponen la sangre en el cuerpo todos los días, haciéndolos un buen candidato para la terapia génica de una sola vez porque durará toda la vida a medida que las células se reemplacen a sí mismas, "Dijo Adair.

Observación de células madre de sangre humana en una placa de laboratorio, Los investigadores encontraron que sus nanopartículas de oro completamente cargadas fueron absorbidas naturalmente por las células dentro de las seis horas posteriores a su adición y dentro de las 24 a 48 horas pudieron ver la edición de genes. Observaron que el socio de la proteína Cas12a CRISPR era mejor en la entrega de ediciones genéticas muy precisas a las células que el socio de la proteína cas9 más comúnmente utilizado.

El efecto de edición de genes alcanzó su punto máximo ocho semanas después de que los investigadores inyectaran las células en modelos de ratón; 22 semanas después de la inyección, las células editadas todavía estaban allí. Los investigadores de Fred Hutch también encontraron células editadas en la médula ósea, bazo y timo de los modelos de ratón, una señal de que las células sanguíneas en división en esos órganos podrían continuar el tratamiento sin que los ratones tengan que ser tratados nuevamente.

"Creemos que tenemos un buen candidato para dos enfermedades:el VIH y las hemoglobinopatías, aunque también estamos evaluando otros objetivos de la enfermedad en los que pequeños cambios genéticos pueden tener un gran impacto. así como formas de realizar cambios genéticos más importantes, "Adair dijo." El siguiente paso es aumentar la cantidad de edición de genes que ocurre en cada célula, que definitivamente es factible. Eso lo acercará más a ser una terapia eficaz ".

En el estudio, los investigadores informan que entre el 10 y el 20 por ciento de las células adoptaron las modificaciones genéticas, que es un comienzo prometedor, pero a los investigadores les gustaría apuntar a que se edite el 50% o más de las celdas, que creen que tendrá buenas posibilidades de combatir estas enfermedades.