Los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts han encontrado una manera de administrar de manera más eficiente un CRISPR / Cas9 terapéutico a ratones adultos con la enfermedad metabólica Tirosinemia tipo I que también puede resultar más seguro para su uso en humanos. Un estudio publicado en Biotecnología de la naturaleza muestra que la administración del tratamiento mediante la combinación de dos mecanismos de administración ya en ensayos clínicos para otras enfermedades condujo a la corrección del gen mutado que causa el trastorno hepático raro en el 6 por ciento de las células hepáticas, suficiente para curar eficazmente la enfermedad en ratones.
"Este es el primer estudio que proporciona pruebas de que el sistema de edición de genes CRISPR / Cas9 puede administrarse en una formulación terapéuticamente aplicable para reparar genes en animales vivos y adultos", dijo Wen Xue, PhD, profesor asistente de medicina molecular y unmiembro del Instituto de Terapéutica de ARN de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts. "Hasta ahora no ha sido posible administrar CRISPR / Cas9 de una manera adecuada para ensayos clínicos. Mediante el uso de una guía de ARN y una plantilla de reparación de ADN suministrada a través de un vector viral seguido de un Cas9en una nanopartícula lipídica, hemos dado un gran paso adelante para superar este obstáculo "
"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", dijo el autor principal Daniel G. Anderson, PhD, profesor asociado de ingeniería química en el Massachusetts Institute of Technology y miembro del Koch Institute for Integrative Cancer Research y el Institute for Medical Engineering and Science.
CRISPR / Cas9 se ha convertido en una poderosa herramienta de edición de genes que está revolucionando la investigación biomédica al facilitar la inactivación o activación de genes en una línea celular para su estudio. Un sistema inmunitario adaptativo utilizado por las bacterias para defenderse contra bacteriófagos y otros tipos de extrañosmaterial genético, el sistema consta de dos componentes: un escalpelo molecular Cas9 que corta el ADN y un complejo de guía de ARN que desbloquea el escalpelo cuando se encuentra una secuencia genética coincidente, que define el punto exacto para cortar.
Los científicos pueden reprogramar el sistema CRISPR / Cas9 con ARN de guía artificial para escindir secuencias específicas dentro de los genomas de mamíferos. Los procesos naturales de reparación del ADN de la célula pegan el genoma nuevamente, a menudo extirpando una pequeña porción. Si una copia corregida de la mutación de la enfermedad tambiénentregado cuando se realiza el corte, la célula puede volver a unir el genoma con el gen corregido, lo que lleva a la reparación permanente del genoma y la corrección del gen de la enfermedad.
Para utilizar esta tecnología de manera efectiva, estos tres elementos, incluida la plantilla de reparación de ADN, deben entregarse de manera eficiente y segura a los núcleos de las células objetivo ". Nuestra investigación anterior publicada en 2014 demostró que era posible corregir"La mutación genética que causa la tirosinemia en ratones que usan CRISPR / Cas9 administrada mediante inyección a alta presión", dijo el Dr. Xue. "Sin embargo, este enfoque no es adecuado para aplicaciones clínicas, ya que puede causar daño al hígado ytenemos que entregar tanto que duplicaríamos el volumen de sangre "
La tirosinemia tipo 1, también conocida como tirosinemia hepatorrenal, es causada por la incapacidad de metabolizar el aminoácido tirosina. Es causada por una mutación en el gen FAH que codifica la enzima fumaracetoacetato hidrolasa. Esto conduce a una acumulación tóxicade metabolitos en la sangre y la orina, que causan daños graves en el hígado y los riñones. El diagnóstico de la enfermedad, que se diagnostica en bebés, incluye la restricción de tirosina en la dieta, el medicamento nitisinona y, en algunos casos, el trasplante de hígado.
El desafío para Xue y sus colegas fue desarrollar un sistema de entrega CRISPR / Cas9 que fuera más eficiente que el 1 de cada 250 células que se repararon mediante inyección a alta presión en el estudio anterior, mientras que también era potencialmente más seguro para la aplicación en humanos.esto, recurrieron a dos sistemas de administración genética que ya están en ensayos clínicos: un vector de virus adenoasociado AAV y una nanopartícula lipídica
Cargaron un ARN guía CRISPR y la plantilla de reparación genética en un vector AAV reprogramado y lo inyectaron en ratones. Debido a que estos materiales genéticos se entregan con un vector viral, pueden expresarse durante un período prolongado de tiempo, aliviando la necesidadpara entregarlos simultáneamente con Cas9. Sin el ARN mensajero Cas9 para cortar el genoma, la guía CRISPR y la plantilla de reparación permanecen inactivas en las células.
Una semana después, después de que las células del hígado hayan tenido tiempo de comenzar a producir la cadena guía de ARN y la plantilla de ADN, se usa una nanopartícula lipídica para administrar el ARN mensajero Cas9. Este es un mejor vehículo de entrega para el ARN Cas9 porque normalmente esdemasiado grande para caber dentro de un AAV. Además, cuando Cas9 se entrega con un vector viral en la célula, continuará expresándose mucho después de que el ADN dañado haya sido reparado. Esto aumenta la probabilidad de una edición fuera del objetivo que podría dañar elgenoma. El ARN mensajero Cas9 comienza a degradarse relativamente rápido en unos días después del parto y permite la expresión a corto plazo de Cas9. Esto reduce en gran medida el riesgo de corte potencial fuera del objetivo por el sistema CRISPR / Cas9.
Cuando estos elementos fueron entregados a ratones adultos con tirosinemia tipo I, los animales experimentaron una reducción de la pérdida de peso, alivio del daño hepático y la generación de células hepáticas con el gen FAH corregido. La secuenciación profunda de las células hepáticas tratadas reveló que el 6 por cientode ellos albergaban el gen FAH corregido, aproximadamente 1 de cada 16 o una mejora de 15 veces con respecto al estudio anterior. También redujo el corte fuera del objetivo del genoma en siete veces.
"Combinamos los sistemas de administración no virales y virales clínicos adecuados para permitir la reparación eficiente de genes in vivo y minimizar los efectos secundarios", dijo el autor principal, Hao Yin, PhD, científico investigador del MIT.
Debido a que los vectores AAV ya están en ensayos clínicos para otros trastornos humanos y el Dr. Anderson tiene nanopartículas lipídicas similares en el desarrollo clínico, los investigadores son optimistas de que este método de administración CRISPR podría usarse en humanos, aunque se necesitan más estudios.
"La esperanza es que, debido a que hemos utilizado dos métodos de entrega ya en el desarrollo clínico para pacientes, acelerará el camino hacia los ensayos clínicos para un tratamiento CRISPR de la tirosinemia tipo I", dijo Xue. "Además, la plataforma nosque hemos ideado es modular, por lo que potencialmente puede adaptarse para tratar otras enfermedades, especialmente en el hígado ".
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Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts . Original escrito por Jim Fessenden. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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