La tecnología de edición del genoma CRISPR ha surgido como una nueva herramienta poderosa que puede cambiar la forma en que tratamos las enfermedades. El desafío al alterar la genética de nuestras células, sin embargo, es como hacerlo de forma segura, efectivamente, y dirigido específicamente al gen, tejido y órgano que necesita tratamiento. Los científicos de la Universidad de Tufts y el Instituto Broad de Harvard y el MIT han desarrollado nanopartículas únicas compuestas por lípidos (moléculas de grasa) que pueden empaquetar y entregar maquinaria de edición de genes específicamente al hígado. En un estudio publicado hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , han demostrado que pueden usar las nanopartículas lipídicas (LNP) para administrar eficientemente la maquinaria CRISPR en el hígado de ratones, lo que da como resultado una edición del genoma específico y la reducción de los niveles de colesterol en sangre hasta en un 57%, una reducción que puede durar al menos varios meses con una sola inyección.

El problema del colesterol alto afecta a más de 29 millones de estadounidenses, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. La afección es compleja y puede originarse a partir de múltiples genes, así como de elecciones nutricionales y de estilo de vida. por lo que no es fácil de tratar. Los investigadores de Tufts y Broad, sin embargo, han modificado un gen que podría proporcionar un efecto protector contra el colesterol elevado si se puede apagar mediante la edición de genes.

El gen en el que los investigadores se centraron codifica la enzima 3 similar a la angiopoyetina (Angptl3). Esa enzima reduce la actividad de otras enzimas, las lipasas, que ayudan a descomponer el colesterol. Si los investigadores pueden eliminar el gen Angptl3, pueden dejar que las lipasas hagan su trabajo y reducir los niveles de colesterol en la sangre. Resulta que algunas personas afortunadas tienen una mutación natural en su gen Angptl3, que conduce a niveles consistentemente bajos de triglicéridos y colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL), comúnmente llamado colesterol "malo", en su torrente sanguíneo sin ningún inconveniente clínico conocido.

"Si podemos replicar esa condición eliminando el gen angptl3 en otros, tenemos muchas posibilidades de tener una solución segura y a largo plazo para el colesterol alto, "dijo Qiaobing Xu, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería de Tufts y autor correspondiente del estudio. "Solo tenemos que asegurarnos de entregar el paquete de edición de genes específicamente en el hígado para no crear efectos secundarios no deseados".

El equipo de Xu pudo hacer precisamente eso en modelos de ratón. Después de una única inyección de nanopartículas lipídicas empaquetadas con ARNm que codifica CRISPR-Cas9 y un ARN de guía única dirigido a Angptl3, observaron una profunda reducción en el colesterol LDL hasta en un 57% y los niveles de triglicéridos en aproximadamente un 29%, ambos permanecieron en esos niveles reducidos durante al menos 100 días. Los investigadores especulan que el efecto puede durar mucho más que eso, tal vez limitado solo por la lenta renovación de las células en el hígado, que puede ocurrir durante un período de aproximadamente un año. La reducción de colesterol y triglicéridos depende de la dosis, por lo que sus niveles podrían ajustarse inyectando menos o más LNP en un solo disparo, dijeron los investigadores.

En comparación, un existente, La versión aprobada por la FDA de los LNP cargados con ARNm de CRISPR solo pudo reducir el colesterol LDL como máximo en un 15,7% y los triglicéridos en un 16,3% cuando se probó en ratones. según los investigadores.

El truco para hacer un mejor LNP fue personalizar los componentes, las moléculas que se unen para formar burbujas alrededor del ARNm. Los LNP están formados por lípidos de cadena larga que tienen una cabeza cargada o polar que es atraída por el agua. una cola de cadena de carbono que apunta hacia el centro de la burbuja que contiene la carga útil, y un enlazador químico entre ellos. También están presentes polietilenglicol, y si, incluso algo de colesterol, que tiene un papel normal en las membranas lipídicas para hacerlas menos filtrantes, para retener mejor su contenido.

Los investigadores encontraron que la naturaleza y la proporción relativa de estos componentes parecían tener efectos profundos en la entrega de ARNm al hígado. así que probaron LNP con muchas combinaciones de cabezales, cruz, enlazadores y proporciones entre todos los componentes por su capacidad para dirigirse a las células hepáticas. Debido a que la potencia in vitro de una formulación de LNP rara vez refleja su desempeño in vivo, evaluaron directamente la especificidad y eficacia de la administración en ratones que tienen un gen indicador en sus células que se ilumina en rojo cuando se produce la edición del genoma. Por último, encontraron un LNP cargado de ARNm de CRISPR que iluminaba solo el hígado en ratones, demostrando que podría entregar de manera específica y eficiente herramientas de edición de genes en el hígado para que hagan su trabajo.

Los LNP se basaron en trabajos anteriores en Tufts, donde Xu y su equipo desarrollaron LNP con hasta un 90% de eficiencia en la entrega de ARNm a las células. Una característica única de esas nanopartículas fue la presencia de enlaces disulfuro entre las largas cadenas de lípidos. Fuera de las celdas los LNP forman una estructura esférica estable que bloquea su contenido. Cuando están dentro de una celda, el entorno interno rompe los enlaces disulfuro para desmontar las nanopartículas. A continuación, el contenido se libera rápida y eficazmente en la celda. Evitando pérdidas fuera de la celda, los LNP pueden tener un rendimiento mucho mayor en la entrega de sus contenidos.

"CRISPR es una de las herramientas terapéuticas más poderosas para el tratamiento de enfermedades con una etiología genética. Recientemente hemos visto el primer rastro clínico humano para la terapia CRISPR habilitada por la administración de LNP para ser administrada sistémicamente para editar genes dentro del cuerpo humano. Nuestro LNP La plataforma desarrollada aquí tiene un gran potencial para la traducción clínica, "dijo Min Qiu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Xu en Tufts. "Prevemos que con esta plataforma LNP en la mano, ahora podríamos hacer de CRISPR un enfoque práctico y seguro para tratar un amplio espectro de enfermedades o trastornos hepáticos, "dijo Zachary Glass, estudiante de posgrado en el laboratorio Xu. Qiu y Glass son los primeros coautores del estudio.