Investigadores de la Universidad de Duke han demostrado que un único tratamiento sistémico que utiliza la tecnología de edición del genoma CRISPR puede corregir de forma segura y estable una enfermedad genética, la distrofia muscular de Duchenne DMD, durante más de un año en ratones, a pesar de las respuestas inmunitarias observadas y las alternativas.resultados de la edición de genes.
El estudio aparece en línea el 18 de febrero en la revista Medicina natural .
En 2016, Charles Gersbach, profesor asociado de ingeniería biomédica de la familia Rooney en Duke, publicó uno de los primeros usos exitosos de CRISPR para tratar un modelo animal de enfermedad genética con una estrategia que tiene el potencial de ser traducida a terapia humana.Desde entonces se han publicado muchos ejemplos adicionales, y varias terapias de edición del genoma dirigidas a enfermedades humanas se encuentran actualmente en ensayos clínicos, y hay más en camino.
La última investigación de Gersbach se centra en un modelo de ratón de DMD, que es causado por la incapacidad del cuerpo para producir distrofina, una cadena de proteína larga que une el interior de una fibra muscular a la estructura de soporte circundante.
La distrofina está codificada por un gen que contiene 79 regiones codificantes de proteínas, llamadas exones. Si uno o más exones se alteran o eliminan por una mutación heredada, la cadena no se construye, lo que hace que el músculo se triture y se deteriore lentamente.en silla de ruedas a los 10 años y no vive más allá de los 20 o 30 años.
Gersbach ha estado trabajando en posibles tratamientos genéticos para Duchenne desde 2009. Su laboratorio fue uno de los primeros en comenzar a enfocarse en CRISPR / Cas9, una versión modificada de un sistema de defensa bacteriano que ataca y corta el ADN de los virus invasores. SuEl enfoque utiliza CRISPR / Cas9 para eliminar los exones de distrofina alrededor de la mutación genética, dejando que el sistema natural de reparación del ADN del cuerpo vuelva a unir el gen restante para crear una versión abreviada, pero funcional, del gen de la distrofina.
"A medida que continuamos trabajando para desarrollar terapias genéticas basadas en CRISPR, es fundamental probar nuestras suposiciones y evaluar rigurosamente todos los aspectos de este enfoque", dijo Gersbach. "Un objetivo de nuestros experimentos fue probar algunas ideas que se están discutiendo enen el campo, lo que nos ayudará a comprender el potencial de CRISPR para tratar enfermedades genéticas en general y la distrofia muscular de Duchenne en particular. Esto incluye monitorear la durabilidad a largo plazo de la respuesta frente a posibles respuestas inmunitarias contra la proteína bacteriana Cas9 ".
El primer estudio de ocho semanas demostró que se restauró la distrofina funcional y aumentó la fuerza muscular. Sin embargo, no exploró la durabilidad a largo plazo del tratamiento.
"Se cree ampliamente que la edición genética conduce a la corrección genética permanente", dijo Gersbach. "Sin embargo, es importante explorar las posibilidades teóricas que podrían socavar los efectos de la edición genética, como la pérdida de células tratadas o una respuesta inmune".
El objetivo del nuevo estudio era explorar los factores que podrían alterar los efectos a largo plazo de la edición de genes basada en CRISPR / Cas9.
Christopher Nelson, el becario postdoctoral en el laboratorio de Gersbach que dirigió el trabajo, administró una dosis única de la terapia CRISPR por vía intravenosa a ratones adultos y recién nacidos que portaban un gen defectuoso de la distrofina. En el transcurso del año siguiente, los investigadores midieron cómoSe editaron con éxito muchas células musculares y qué tipos de alteraciones genéticas se hicieron, así como la generación de cualquier respuesta inmune contra la proteína CRISPR bacteriana, Cas9, que actúa como la "tijera" que hace cortes en el genoma.
Otros estudios han informado que el sistema inmunológico del ratón puede generar una respuesta a Cas9, lo que podría interferir potencialmente con el beneficio de las terapias CRISPR. Varios grupos también han informado que algunas personas tienen inmunidad preexistente a las proteínas Cas9, probablemente debido a una exposición previa ael huésped bacteriano.
"La buena noticia es que a pesar de que observamos respuestas de anticuerpos y de células T a Cas9, ninguno pareció resultar en toxicidad alguna en estos ratones", dijo Nelson. "La respuesta tampoco impidió la capacidad de la terapia para editar con éxito elel gen de la distrofina y producen una expresión de proteínas a largo plazo ".
Los resultados también sugirieron enfoques para abordar los desafíos potenciales, en caso de que surjan en el futuro. Por ejemplo, los investigadores observaron que cuando se trató por vía intravenosa a ratones de dos días sin sistemas inmunitarios completamente desarrollados, no se detectó una respuesta inmunitaria. El CRISPRLa edición del genoma se mantuvo estable y, en algunos casos, incluso se fortaleció en el transcurso de un año. Uno podría imaginar la administración de la terapia a los bebés como un método para eludir o modular una respuesta inmune no deseada.
Gersbach y Nelson reconocen, sin embargo, que el sistema inmunológico del ratón a menudo funciona de manera bastante diferente al sistema inmunológico humano. Y actualmente, la detección de DMD en recién nacidos no se realiza ampliamente; la mayoría de los diagnósticos de Duchenne ocurren cuando los niños tienen entre tres y cinco años.este desafío, Gersbach dijo que suprimir el sistema inmunológico durante el tratamiento puede ser un enfoque viable.
Los investigadores también están investigando estrategias potenciales para restringir la expresión o la entrega de Cas9 solo a las células musculares durante períodos cortos, lo que puede disminuir la detección inmunológica.
"Nos complació observar que a todos los ratones les estaba yendo bien un año después del tratamiento, pero nuestros resultados muestran que es necesario centrarse más en la respuesta inmune a medida que avanzamos hacia modelos animales más grandes", dijo Nelson.
Nelson y Gersbach han investigado previamente el potencial de la edición fuera del objetivo por CRISPR / Cas9 para modificar involuntariamente otros sitios en el genoma y reportaron actividad mínima en sitios probablemente fuera del objetivo. Sin embargo, otros estudios recientes han informado que CRISPR a veces puederealizar ediciones genéticas en el sitio correcto, pero no de la manera prevista. Por ejemplo, algunos estudios han demostrado que CRISPR puede cortar secciones genéticas mucho más grandes de lo previsto o que se pueden incrustar fragmentos de ADN en el sitio del corte. Estos tipos de edicionespreviamente no se había informado en estudios de edición del genoma porque los métodos que se estaban utilizando solo detectaban la edición deseada.
Para mapear de manera integral todas las ediciones que ocurren en el gen de la distrofina, Nelson utilizó un enfoque de secuenciación de ADN que informa de manera agnóstica cualquier tipo de edición. Sorprendentemente, se realizaron muchos tipos de ediciones además de la eliminación prevista del exón objetivo, incluidaun alto nivel de inserción de secuencias de ADN del vector viral que codifica el sistema CRISPR / Cas9.
Dependiendo del tipo de tejido y la dosis de CRISPR administrada, hasta la mitad de las ediciones en el objetivo dieron como resultado estos cambios de secuencia alternativa. Aunque este resultado fue sorprendente, los cambios de secuencia no intencionados no parecen afectar la seguridad oeficacia de este enfoque de edición de genes CRISPR / Cas9 para DMD.
"Ninguna de estas ediciones sería necesariamente un motivo de preocupación en este caso porque el gen de la distrofina ya está defectuoso", dijo Nelson. "Dicho esto, cualquier resultado no deseado podría potencialmente restar la eficiencia de la edición del gen que usted 'estamos tratando de lograr, lo que respalda la importancia de diseñar formas de identificar objetivamente y mitigar las ediciones alternativas en estudios futuros ".
"Estudios anteriores sugirieron que algunos de estos otros tipos de ediciones podrían suceder", dijo Gersbach. "Pero esta es una de las primeras mediciones integrales de estos eventos en un modelo animal que utiliza un enfoque terapéuticamente relevante. En el futuro, este fenómeno necesitapara ser monitoreados cuidadosamente y mejor entendidos. Los métodos que eviten estas ediciones alternativas y aumenten la frecuencia de la edición deseada serán importantes para maximizar el potencial de la edición del genoma para tratar enfermedades ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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