En un nuevo estudio, los investigadores del MIT han desarrollado nanopartículas que pueden administrar el sistema de edición del genoma CRISPR y modificar específicamente genes en ratones. El equipo usó nanopartículas para transportar los componentes CRISPR, eliminando la necesidad de usar virus para la entrega.
Utilizando la nueva técnica de administración, los investigadores pudieron eliminar ciertos genes en aproximadamente el 80 por ciento de las células hepáticas, la mejor tasa de éxito jamás lograda con CRISPR en animales adultos.
"Lo que es realmente emocionante aquí es que hemos demostrado que puedes hacer una nanopartícula que se puede usar para editar permanentemente y específicamente el ADN en el hígado de un animal adulto", dice Daniel Anderson, profesor asociado en el Departamento de Química del MITIngeniería y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT y el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas IMES.
Uno de los genes seleccionados en este estudio, conocido como Pcsk9, regula los niveles de colesterol. Las mutaciones en la versión humana del gen están asociadas con un trastorno raro llamado hipercolesterolemia familiar dominante, y la FDA aprobó recientemente dos fármacos de anticuerpos que inhiben Pcsk9.Sin embargo, estos anticuerpos deben tomarse regularmente, y durante el resto de la vida del paciente, para proporcionar terapia. Las nuevas nanopartículas editan permanentemente el gen después de un solo tratamiento, y la técnica también ofrece la promesa de tratar otros trastornos hepáticos, según elEquipo MIT.
Anderson es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 13 de noviembre de Biotecnología de la naturaleza . El autor principal del artículo es el científico investigador del Instituto Koch Hao Yin. Otros autores incluyen al profesor del Instituto David H. Koch Robert Langer del MIT, los profesores Victor Koteliansky y Timofei Zatsepin del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo, y el profesor Wen Xue delFacultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.
enfermedad dirigida
Muchos científicos están tratando de desarrollar formas seguras y eficientes para administrar los componentes necesarios para CRISPR, que consiste en una enzima de corte de ADN llamada Cas9 y un ARN corto que guía a la enzima a un área específica del genoma, dirigiendo a Cas9 hacia dóndehaz su corte.
En la mayoría de los casos, los investigadores confían en los virus para transportar el gen de Cas9, así como la cadena guía de ARN. En 2014, Anderson, Yin y sus colegas desarrollaron un sistema de administración no viral en la primera demostración de curar una enfermedadla tirosinemia del trastorno hepático con CRISPR en un animal adulto. Sin embargo, este tipo de parto requiere una inyección de alta presión, un método que también puede causar algún daño en el hígado.
Más tarde, los investigadores demostraron que podían administrar los componentes sin la inyección de alta presión al empaquetar el ARN mensajero ARNm que codifica Cas9 en una nanopartícula en lugar de un virus. Utilizando este enfoque, en el que el virus aún administraba el ARN guía, los investigadores pudieron editar el gen objetivo en aproximadamente el 6 por ciento de los hepatocitos, que es suficiente para tratar la tirosinemia.
Anderson dice que, aunque esa técnica de entrega es prometedora, en algunas situaciones sería mejor tener un sistema de entrega completamente no viral. Una consideración es que una vez que se usa un virus en particular, el paciente desarrollará anticuerpos contra él, por lo que no podríat usar de nuevo. Además, algunos pacientes tienen anticuerpos preexistentes a los virus que se están probando como vehículos de entrega CRISPR.
En el nuevo artículo de Nature Biotechnology, los investigadores idearon un sistema que proporciona tanto Cas9 como la guía de ARN usando nanopartículas, sin necesidad de virus. Para administrar los ARN guía, primero tuvieron que modificar químicamente el ARN para protegerlode enzimas en el cuerpo que normalmente lo descomponen antes de que pueda llegar a su destino.
Los investigadores analizaron la estructura del complejo formado por Cas9 y la guía de ARN, o sgRNA, para determinar qué secciones de la cadena de ARN guía podrían modificarse químicamente sin interferir con la unión de las dos moléculas. Según este análisis,crearon y probaron muchas combinaciones posibles de modificaciones.
"Utilizamos la estructura del complejo Cas9 y sgRNA como guía e hicimos pruebas para descubrir que podemos modificar hasta el 70 por ciento del ARN guía", dice Yin. "Podríamos modificarlo en gran medida y no afectar la uniónde sgRNA y Cas9, y esta modificación mejorada realmente aumenta la actividad "
Reprogramación del hígado
Los investigadores empaquetaron estas guías de ARN modificado que llaman ARNg mejorado en nanopartículas lipídicas, que habían utilizado previamente para administrar otros tipos de ARN al hígado, y las inyectaron en ratones junto con nanopartículas que contienen ARNm que codifica Cas9.
Experimentaron con la eliminación de algunos genes diferentes expresados por los hepatocitos, pero centraron la mayor parte de su atención en el gen Pcsk9 que regula el colesterol. Los investigadores pudieron eliminar este gen en más del 80 por ciento de las células hepáticas y la proteína Pcsk9era indetectable en estos ratones. También encontraron una caída del 35 por ciento en los niveles de colesterol total de los ratones tratados.
Los investigadores ahora están trabajando para identificar otras enfermedades hepáticas que podrían beneficiarse de este enfoque y avanzar en estos enfoques para su uso en pacientes.
"Creo que tener una nanopartícula totalmente sintética que específicamente puede desactivar genes podría ser una herramienta poderosa no solo para Pcsk9 sino también para otras enfermedades", dice Anderson. "El hígado es un órgano realmente importante y también es una fuente deenfermedad para muchas personas. Si puede reprogramar el ADN de su hígado mientras todavía lo está usando, creemos que hay muchas enfermedades que podrían abordarse ".
"Estamos muy emocionados de ver esta nueva aplicación de nanotecnología abrir nuevas vías para la edición de genes", agrega Langer.
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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