La técnica de edición del genoma conocida como CRISPR permite a los científicos recortar una secuencia de ADN específica y reemplazarla por una nueva, ofreciendo el potencial para curar enfermedades causadas por genes defectuosos. Sin embargo, para que este potencial se realice, los científicos deben encontrar unforma de entregar de forma segura la maquinaria CRISPR y una copia corregida del ADN en las células enfermas.
Los investigadores del MIT ahora han desarrollado una forma de administrar los componentes de reparación del genoma CRISPR de manera más eficiente que antes, y también creen que puede ser más seguro para el uso humano. En un estudio de ratones, descubrieron que podían corregir el gen mutado quecausa un trastorno hepático raro, en el 6 por ciento de las células hepáticas, suficiente para curar a los ratones de la enfermedad, conocida como tirosinemia.
"Este hallazgo realmente nos emociona porque nos hace pensar que este es un sistema de reparación de genes que podría usarse para tratar una variedad de enfermedades, no solo la tirosinemia sino también otras", dice Daniel Anderson, profesor asociado en el Departamento del MITde Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT y el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas IMES.
Anderson es uno de los autores principales de un artículo que describe los hallazgos en la edición del 1 de febrero de Biotecnología de la naturaleza . Wen Xue, profesor asistente de medicina molecular en la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, también es autor principal. El autor principal del artículo es Hao Yin, científico investigador del Instituto Koch.
Buscar y reemplazar
El sistema CRISPR se basa en la maquinaria celular que usan las bacterias para defenderse de la infección viral. Los investigadores han aprovechado previamente este sistema para crear complejos de edición de genes compuestos por una enzima de corte de ADN llamada Cas9 y un ARN corto que guía la enzima a unárea específica del genoma, dirigiendo a Cas9 dónde hacer su corte.
Cuando Cas9 y el ARN guía corto dirigido a un gen de la enfermedad se envían a las células, se realiza un corte específico en el genoma, y los procesos de reparación del ADN de las células pegan el corte nuevamente, a menudo eliminando una pequeña porción del genoma. Sin embargo, si también se entrega una copia corregida del gen cuando se realiza el corte, la reparación del ADN puede conducir a la corrección del gen de la enfermedad, reparando permanentemente el genoma.
En 2014, Anderson y sus colegas describieron el primer uso de CRISPR para reparar un gen de la enfermedad en un animal adulto. En ese estudio, pudieron curar la tirosinemia en ratones. Sin embargo, la administración de los componentes genéticos requirió una inyección de alta presión, un método que también puede causar algún daño al hígado.
"Esa fue la primera demostración del uso de CRISPR / Cas9 para la reparación genética en un animal adulto", dice Anderson. "Estábamos entusiasmados con esta demostración, pero queríamos encontrar una manera de desarrollar una forma farmacológica de la maquinaria de reparación que pudieraser a la vez más seguro y más eficiente "
Los investigadores también querían aumentar el porcentaje de células que tenían el gen defectuoso reemplazado. En el estudio anterior, se reparó aproximadamente una de cada 250 células hepáticas, lo que fue suficiente para tratar con éxito la tirosinemia. Sin embargo, para muchas otras enfermedades, una mayorse necesitaría un porcentaje de reparación para proporcionar un efecto terapéutico.
En el nuevo estudio, Anderson y sus colegas desarrollaron un sistema combinado de entrega de nanopartículas y virus para administrar la maquinaria de reparación CRISPR. Primero, crearon una nanopartícula a partir de lípidos y ARN mensajero ARNm que codificaba la enzima Cas9. Los otros dos componentes:- la cadena guía de ARN y el ADN para el gen corregido - se incrustaron en una partícula viral reprogramada basada en un virus adenoasociado AAV.
Los investigadores primero inyectaron el virus aproximadamente una semana antes de las nanopartículas lipídicas, dando tiempo a las células del hígado para comenzar a producir la cadena guía de ARN y la plantilla de ADN. Cuando se inyectaron las nanopartículas que portaban la cadena de ARNm Cas9, las células comenzaron a producir el Cas9proteína, pero solo durante unos días porque el ARNm eventualmente se degradó. Esto es lo suficientemente largo como para realizar la reparación génica, pero evita que cas9 permanezca en las células y potencialmente altere otras partes del genoma de las células.
"Existe cierta preocupación de que si tuviera Cas9 en sus células por un período de tiempo demasiado largo, podría causar cierta inestabilidad genómica", dice Anderson. "Creemos que el uso de la nanopartícula de ARNm proporciona un nivel adicional de seguridad alasegurándose de que la enzima no esté presente por un período de tiempo demasiado largo "
alta precisión
Con este método, se corrigió el gen en aproximadamente una de cada 16 células, una mejora de 15 veces con respecto al estudio de 2014. Los investigadores también encontraron que este enfoque generó menos corte de ADN fuera del objetivo que los métodos en los que el gen Cas9 se integra enEl genoma de una célula.
"Hicimos un análisis a escala del genoma y tenemos un nivel muy alto de efectos sobre el objetivo pero casi ningún efecto fuera del objetivo", dice Yin.
El laboratorio de Anderson ha desarrollado nanopartículas lipídicas similares que ahora están en desarrollo clínico. Las partículas virales de AAV están en ensayos clínicos para otros fines, lo que hace que los investigadores se sientan optimistas de que este método de administración CRISPR podría usarse en humanos, aunque se necesitan más estudios.
Los investigadores han solicitado patentes sobre esta técnica, que creen que podría usarse para tratar una amplia gama de enfermedades, especialmente las del hígado. "Hay una variedad de enfermedades metabólicas y otros trastornos hepáticos en los que si se repara un gen mutadoes posible que pueda tener un impacto en la salud humana ", dice Anderson.
"Es realmente emocionante ver a nuestro equipo desarrollar este nuevo enfoque de entrega para CRISPR, que creo que tiene el potencial de tener implicaciones de largo alcance", dice Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT y autor delpapel.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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