por Shelly Xuelai Fan
La terapia génica es muy parecida a aterrizar un rover en Marte.
Escúchame. El cargamento, un rover o herramientas de edición de genes, se mete dentro de una nave protectora altamente técnica y se lanza a un espacio vasto y complejo que tiene como objetivo su destino, ya sea Marte u órganos humanos. Luego se libera la carga y, al aterrizar, comienza su trabajo. Para Perseverancia , es ayudar a buscar signos de vida antigua; para los editores de genes, es rediseñar la vida.
¿Una diferencia crítica? A diferencia de los “ siete minutos de terror ” de una misión a Marte , durante los cuales la entrada, el descenso y el aterrizaje ocurren demasiado rápido para que los operadores humanos interfieran, la administración de la terapia génica es completamente ciega. Una vez dentro del cuerpo, toda la secuencia de vuelo se basa únicamente en el diseño de la “nave espacial” del portaaviones.
En otras palabras, para que la terapia génica funcione de manera eficiente, los portadores más inteligentes son imprescindibles.
Este mes, un equipo de Harvard dirigido por el Dr. David Liu lanzó una nueva generación de transportadores moleculares inspirados en virus. Apodados partículas similares a virus diseñadas (eVLP), estos portadores similares a burbujas pueden entregar CRISPR y componentes básicos de edición a una miríada de órganos con efectos secundarios mínimos.
En comparación con las generaciones anteriores, los eVLP nuevos y mejorados son más eficientes para aterrizar en el objetivo, liberar su carga y editar celdas. Como prueba de concepto, el sistema restauró la visión en un modelo de ratón con ceguera genética, deshabilitó un gen asociado con niveles altos de colesterol y reparó un gen que funciona mal dentro del cerebro. Aún más impresionante, es un sistema plug-and-play: al alterar el componente de orientación, en teoría es posible que las burbujas aterricen en cualquier parte del cuerpo. Es como reajustar fácilmente una nave espacial con destino a Marte para Júpiter o más allá.
“Existe una gran necesidad de encontrar una forma mejor de llevar las proteínas a varios tejidos en animales y pacientes”, dijo Liu. “Tenemos la esperanza de que estos eVLP puedan ser útiles no solo para la entrega de editores básicos, sino también para otras proteínas terapéuticamente relevantes”.
“En general, Liu y sus colegas han desarrollado un nuevo y emocionante avance para la administración terapéutica de editores de genes”, dijo el Dr. Sekar Kathiresan, cofundador y director ejecutivo de Verve Therapeutics, que no participó en el estudio.
El problema de la entrega
Ya tenemos familias de editores de genes eficientes. Pero han faltado transportistas.
Toma la edición básica. Una variante de CRISPR, la tecnología tomó por asalto la edición de genes debido a su precisión. Similar al CRISPR original, la herramienta tiene dos componentes: un ARN guía para buscar el gen objetivo y una proteína Cas reelaborada que intercambia letras genéticas individuales . A diferencia de Cas9, las “tijeras” de CRISPR, la edición básica no rompe la columna vertebral del ADN, lo que provoca menos errores. Es la última “búsqueda y reemplazo” genético, con el potencial de tratar cientos de trastornos genéticos.
El problema es introducir las herramientas dentro de las células. Hasta ahora, los virus han sido el portador de referencia, debido a su capacidad inherente para infectar células. Aquí, los científicos prueban la capacidad de un virus para causar enfermedades, en lugar de secuestrar su biología para transportar el ADN que codifica los componentes de edición. Una vez dentro de la célula, el código genético agregado se transcribe en proteínas, lo que permite a las células crear sus propias herramientas de edición de genes.
No es óptimo. Los virus, aunque son eficientes, pueden hacer que las células se aceleren, produciendo muchas más herramientas de edición de genes de las necesarias. Esto hace hincapié en los recursos de la célula y conduce a efectos secundarios. También existe la posibilidad de que los virus hagan un túnel y se integren en el propio genoma, dañando la integridad genética y potencialmente provocando cáncer.
Entonces, ¿por qué no aprovechar los mejores atributos de un virus y eliminar los peores?
Introducir eVLP
Los eVLP son como sus homónimos: imitan partículas virales que son eficientes para infectar células, pero eliminan las partes peligrosas: el ADN. Imagine un alfiletero de varias capas, pero con una cavidad vacía para guardar la carga.
A diferencia de los virus, estas burbujas no llevan ADN viral y no pueden causar infecciones, lo que las hace mucho más seguras que los portadores virales. ¿La baja? Son tradicionalmente terribles en el transporte de carga a sus objetivos. Es similar a una nave espacial con una horrible maquinaria autoguiada que choca contra otros planetas y provoca una ola inesperada de desastres. Tampoco son buenos para liberar la carga incluso en el sitio de destino, atrapando la maquinaria CRISPR en el interior y haciendo que toda la corrección de la edición genética sea discutible.
En el nuevo estudio, el equipo de Liu comenzó analizando esos puntos débiles. Descubrieron que al limitar las proteínas dentro de las eVLP que actúan como los “cinturones de seguridad” del transportista, es más fácil que se libere la carga, las proteínas editoras de base. La forma en que empaquetaron la carga dentro de las burbujas de partículas también marcó la diferencia. El equilibrio entre los dos (cinturón de seguridad para pasajeros con proteína) parece ser clave para proteger la carga pero permitiéndoles rescatar rápidamente cuando sea necesario. Y finalmente, salpicar la capa exterior de la nave espacial con proteínas específicas ayuda a la nave espacial a navegar hacia su órgano designado.
En otras palabras, el equipo descubrió las reglas del juego. “Ahora que conocemos algunos de los cuellos de botella clave de eVLP y cómo podemos abordarlos, incluso si tuviéramos que desarrollar un nuevo eVLP para un tipo inusual de carga de proteínas, probablemente podríamos hacerlo de manera mucho más eficiente”, dijo Liu.
El resultado es que un transportista puede empacar 16 veces más carga y aumentar hasta 26 veces la eficacia de la edición de genes. Es un portaaviones de “cuarta generación”, dijeron los autores.
Navegando por el bioespacio
Después de probar primero su nueva nave espacial molecular en células cultivadas en el laboratorio, el equipo pasó al tratamiento de trastornos genéticos. Apuntaron a tres “planetas” biológicos diferentes: el ojo, el hígado y el cerebro, mostrando la flexibilidad del nuevo portador.
En ratones con una forma hereditaria de ceguera, por ejemplo, el portador se cargó con las herramientas de edición de genes apropiadas y se inyectó en una capa de tejido dentro del ojo. En solo cinco semanas, la inyección única reinició la función de la retina hasta un punto que, según estudios previos del mismo laboratorio, puede restaurar la capacidad de ver de los ratones.
En otro estudio, el equipo se centró en un gen que a menudo conduce a trastornos cerebrales. Debido a una fuerte barrera entre el cerebro, la sangre y otros tejidos, el cerebro es un órgano notoriamente difícil de acceder. Con la nueva nave espacial eVLP, los editores de genes navegaron sin problemas a través de la barrera. Una vez dentro de las células cerebrales, las herramientas tenían aproximadamente un 50 por ciento de posibilidades de transformar los genes dañados.
Como prueba de concepto adicional, los nuevos portadores se concentraron en los hígados de ratones con problemas de colesterol. Una inyección aumentó la capacidad de los ratones para producir una molécula protectora que evita las enfermedades cardíacas.
Más vale prevenir que lamentar
La edición de genes siempre ha estado obsesionada por el fantasma de los efectos fuera del objetivo. El uso de virus para entregar las herramientas, por ejemplo, corre esos riesgos ya que duran mucho tiempo, lo que podría abrumar a las células.
No es así para los nuevos eVLP. Debido a que están completamente diseñados, no contienen ADN viral y son más seguros. También son altamente programables: solo unos pocos cambios en las proteínas objetivo pueden cambiarlas hacia otra ubicación de acoplamiento en el cuerpo.
Para el siguiente paso, el equipo está diseñando mejores proteínas del “cinturón de seguridad” dentro de los transportadores para diferentes moléculas, ya sean editores de genes o proteínas terapéuticas como la insulina o las inmunoterapias contra el cáncer. También están desentrañando aún más lo que hace que los eVLP funcionen, apuntando a operadores de próxima generación que puedan explorar cada rincón y grieta del complejo universo de nuestros cuerpos.
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