Las nuevas herramientas para editar el código genético ofrecen esperanzas para nuevos tratamientos para enfermedades hereditarias, algunos cánceres, e incluso infecciones virales persistentes. Pero el método típico para administrar terapias genéticas a tejidos específicos del cuerpo puede ser complicado y causar efectos secundarios preocupantes.

Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han abordado muchos de esos problemas al empaquetar una carga útil de edición de genes en un pequeño dispositivo personalizable, nanocápsula sintética. Describieron el sistema de entrega y su carga hoy (9 de septiembre de 2019) en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

"Para editar un gen en una célula, la herramienta de edición debe entregarse dentro de la celda de manera segura y eficiente, "dice Shaoqin" Sarah "Gong, profesor de ingeniería biomédica e investigador del Instituto de Descubrimiento de Wisconsin en UW-Madison. Su laboratorio se especializa en diseñar y construir sistemas de administración a nanoescala para terapia dirigida.

"Editar el tejido incorrecto en el cuerpo después de inyectar terapias genéticas es motivo de gran preocupación, "dice Krishanu Saha, también es profesor de ingeniería biomédica de UW-Madison y copresidente del comité directivo de un consorcio nacional sobre edición del genoma con 190 millones de dólares en apoyo de los Institutos Nacionales de Salud. "Si los órganos reproductivos se editan inadvertidamente, luego, el paciente transmitiría las modificaciones genéticas a sus hijos ya todas las generaciones posteriores ".

La mayor parte de la edición del genoma se realiza con vectores virales, según Gong. Los virus tienen miles de millones de años de experiencia invadiendo células y cooptando la propia maquinaria de la célula para hacer nuevas copias del virus. En terapia génica, los virus se pueden alterar para que lleven a las células maquinaria de edición del genoma en lugar de sus propios genes virales. La maquinaria de edición puede alterar el ADN de la célula para, decir, corregir un problema en el código genético que causa o contribuye a una enfermedad.

"Los vectores virales son atractivos porque pueden ser muy eficientes, pero también están asociados con una serie de problemas de seguridad que incluyen respuestas inmunes indeseables, "dice Gong.

Los nuevos objetivos celulares también pueden requerir laboriosas alteraciones de los vectores virales, y la fabricación de vectores virales a medida puede resultar complicada.

"Es muy difícil, si no imposible, personalizar muchos vectores virales para administrarlos a una célula o tejido específico del cuerpo, "Dice Saha.

El laboratorio de Gong cubrió una carga útil de terapia génica, a saber, una versión de la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 con ARN guía diseñada en el laboratorio de Saha, con una capa delgada de polímero, dando como resultado una cápsula de unos 25 nanómetros de diámetro. La superficie de la nanocápsula se puede decorar con grupos funcionales como péptidos que dan a las nanopartículas la capacidad de apuntar a ciertos tipos de células.

La nanocápsula permanece intacta fuera de las células:en el torrente sanguíneo, por ejemplo, solo para desmoronarse dentro de la célula diana cuando es activado por una molécula llamada glutatión. La carga útil liberada luego se mueve al núcleo para editar el ADN de la célula. Se espera que las nanocápsulas reduzcan las ediciones genéticas no planificadas debido a su corta vida útil dentro del citoplasma de una célula.

Este proyecto es una colaboración que combina la experiencia de UW-Madison en química, Ingenieria, biología y medicina. El profesor de pediatría y oftalmología Bikash R. Pattnaik y el profesor de biociencias comparativas Masatoshi Suzuki y sus equipos trabajaron para demostrar la edición de genes en ojos de ratón y músculos esqueléticos. respectivamente, utilizando las nanocápsulas.

Debido a que las nanocápsulas se pueden liofilizar, se pueden purificar convenientemente, almacenado y transportado como un polvo, al tiempo que proporciona flexibilidad para el control de la dosis. Los investigadores, con la Fundación de Investigación de Antiguos Alumnos de Wisconsin, tienen una patente pendiente sobre las nanopartículas.

"El tamaño pequeño, estabilidad superior, versatilidad en la modificación de superficies, y la alta eficiencia de edición de las nanocápsulas las convierten en una plataforma prometedora para muchos tipos de terapias génicas, "dice Gong.

El equipo tiene como objetivo optimizar aún más las nanocápsulas en la investigación en curso para una edición eficiente en el cerebro y el ojo.