Revolucionaria tecnología de edición genética llamada CRISPR-Cas9 para desarrollar medicamentos transformadores de base genética para los pacientes con enfermedades graves.
¿Qué es la edición de genes?
Así como un editor busca errores tipográficos en un libro, la edición genética también trata de identificar los “errores tipográficos” en el código genético o ADN y luego corregir esos errores. Nuestros propios cuerpos y otros organismos vivos tienen todos los sistemas en el lugar para encontrar y corregir los “errores tipográficos” en el código genético. Esta edición gen natural está siempre llevandose a cabo, sin embargo, sabemos que no es infalible.
Mientras que las personas que trabajan en el laboratorio han tenido formas de encontrar y tratar de corregir errores en el ADN, nuestras tecnologías a este punto no han sido muy específicas y son más difíciles de usar. Es por ello que su uso en seres humanos nunca ha sido una opción, hasta ahora. Esta nueva tecnología, sistema CRISPR/Cas9, funciona muy específica y es mucho más fácil de usar por lo que está recibiendo tanta atención en la prensa. Cas9 es una enzima que “corta” ADN de doble cadena como las tijeras cortan el papel. Cuando se corta el ADN, esto desencadena los mecanismos de reparación del ADN natural. Si Cas9 fuese utilizado solo recortaría el ADN de manera indiscriminada, y por lo tanto sería inútil como agente terapéutico candidato. El sistema CRISPR/Cas9, sin embargo, utiliza una única guía de moléculas de ARN (o sgRNA) para apuntar Cas9 a una ubicación pre-especificada en el ADN, de modo que el “corte” se aplica con el fin de permitir que una mutación específica deba corregirse. Estos sgRNA son señales o guías que dirigen Cas9 a la ubicación exacta que el Cas9 necesita para hacer un corte.
Los desafíos que actualmente se están abordando para el uso de la plataforma CRISPR/Cas9 como una terapia para Duchenne incluyen:
1. la entrega de los reactivos a la célula diana; 2. la especificidad y selectividad de las moléculas sgRNA para asegurar que sólo el ADN destinado es reconocido y dirigido; 3. la eficiencia de la enzima Cas9 para lograr “cortar” ADN; 4. la activación de mecanismos de reparación del ADN natural.
Sabemos a través del trabajo realizado con la omisión de exón que las secciones de la molécula de distrofina puede ser algo prescindible y puede ser removido de ARNm para restaurar el marco de lectura. Actualmente las tecnologías de omisión de exón se dirigen a la eliminación de un solo exón (51, 53, 45 …). Este tipo de concepto también se aplica a CRISPR/Cas9 orientado al gen de la distrofina, pero con CRISPR/Cas9 el objetivo es el ADN, NO el ARN. Recuerde que el ADN es el código genético que heredamos de nuestros padres. El ADN se transcribe en ARN y luego se traduce en proteína.
¿Cómo se puede aplicar la edición genética a Duchenne?
Hay tres maneras concebibles en la que la plataforma CRISPR/Cas9 podría aplicarse para el tratamiento de Duchenne:
1. Edición del gen de la distrofina en las células germinales o embriones. La edición de células germinales humanas o embriones (“bebés de diseño”) produciría cambios permanentes en el genoma del individuo y de sus hijos. Un informe de una reunión del Instituto de Medicina (IOM) celebrada en diciembre de 2015 discutió las cuestiones éticas en torno al uso de CRISPR/Cas9 para la edición de células germinales/embrión. Hay cuestiones éticas importantes a tener en cuenta en todo esto y es importante para nosotros como comunidad para empezar a pensar en esto. 2. Edición del gen de la distrofina ex vivo (fuera del cuerpo humano), en las células madre del músculo o las células satélite que luego se transfieren de nuevo en el paciente. Las células ‘ingeniería’ que se ponen en el cuerpo son capaces de producir distrofina. Los investigadores están trabajando para aumentar la producción de un número suficiente de células madre/satélites para el trasplante en el paciente y estrategias para asegurar su supervivencia y su integración en las fibras musculares. 3. Introducción de reactivos CRISPR/Cas9 directamente en los músculos del paciente Duchenne, para editar las mutaciones de la distrofina in vivo (dentro del cuerpo). Los investigadores están trabajando para abordar la especificidad de las moléculas de guía sgRNA y la entrega a los músculos de todo el cuerpo (biodisponibilidad) en cantidades suficientes para conseguir la edición genética que resultaría en la restauración de la distrofina.
¿Qué investigaciones de edición genética se están realizando en los modelos de Duchenne?
Actualmente, la tecnología CRISPR/Cas9 se está estudiando para Duchenne en varios laboratorios académicos. A la fecha de este blog, los laboratorios de Eric Olson (Universidad de Texas suroeste; con una subvención del NIH Wellstone Muscular Centro de Investigación de la Distrofia centrado en este tema), Charlie Gersbach (Duke University), Ronnie Cohn (Hospital for Sick Children), Renzhi Han (Ohio State University), y Akitsu Hotta (Kyoto Uunivesity) han publicado artículos revisados sobre el uso de CRISPR/Cas9 en células de Duchenne o modelos animales.
– El laboratorio de Olson ha utilizado la tecnología de CRISPR/Cas9 para corregir el exón 23 en mutaciones sin sentido en la distrofina en las células germinales de ratones mdx. Luego utilizaron estas células germinales para producir una serie de animales genéticos “mosaico” con entre 2% y 100% corrección del gen de la distrofina, y mostraron la corrección del fenotipo en ratones mdx con más del 40% corrección del gen.
– Gersbach, Hotta y Cohn realizaron la edición genética en células aisladas de pacientes con Duchenne (ex vivo), lo que demuestra que la corrección de mutaciones de distrofina pudo realizarse en células aisladas de pacientes humanos. Estos estudios proporcionan una prueba de concepto de que la edición genética con CRISPR/Cas9 podría prever correcciones que podrían abordar una proporción considerable de pacientes con Duchenne (por ejemplo, a través de deleciones de los exones 45-55 con un único conjunto de reactivos), así como pacientes con duplicaciones.
– El laboratorio de Han ha logrado la corrección de genes de los músculos del ratón mdx in vivo, mediante la exposición quirúrgica de los músculos individuales y electroporación (conducir los reactivos en las células musculares mediante el paso de corriente eléctrica) con reactivos CRISPR/Cas9 en el músculo expuesto. Utilizando enfoques de terapia génica, también inyectaron CRISPR/Cas9 codificador de componentes de AAV en los músculos individuales del ratón mdx, mostrando la expresión de distrofina y la protección del músculo inyectado de lesión por estrés.
Avanzar hacia una terapia de edición genética viable
La edición genética es la medicina personalizada y puede tener menos obstáculos regulatorios porque una sola nucleasa Cas9 y dos sgRNAs pueden abordar mutaciones en más del 60% de los pacientes con Duchenne (en contraposición a la necesidad de evaluar y buscar la aprobación regulatoria para fármacos dirigidos a diferentes exones). Los investigadores están estudiando los problemas desde el diseño de las moléculas de guía sgRNA para conferir suficiente especificidad / selectividad para ser seguro y eficaz en la entrega de los sistemas para que los sistemas de los componentes CRISPR/Cas9 lleguen al músculo en concentraciones eficaces. A partir de los enfoques de terapia génica, sabemos la respuesta inmune a distrofinas generadas a través de la edición genética y esto tendrá que ser considerado y gestionado, así como cualquier posible respuesta inmune a reactivos CRISPR/Cas9.
Si el enfoque elegido es editar el gen de la distrofina en las células precursoras musculares aisladas de pacientes con Duchenne, ahora el desafío incluye los mismos temas para cualquiera de las terapias basadas en células teniendo esas células que ser exploradas de nuevo en el cuerpo y tendrán que sobrevivir, poblar músculos y producir nuevas fibras musculares.
Existe un considerable interés corporativo en la tecnología de CRISPR entre algunas empresas de capital riesgo y desarrollo de fármacos, y algunas de las empresas han licenciado la tecnología para comenzar el desarrollo de otras enfermedades. Un importante miembro de biotecnología en CRISPR/Cas9, Medicina Editas, ha mencionado Duchenne entre una lista de padecimientos hereditarios como objetivo.
¿Dónde estamos ahora?
En general, el estado de la ciencia y el nivel de interés corporativa en la edición genética CRISPR/Cas9 de Duchenne se puede caracterizar en una etapa temprana. Como escucharon durante todo el mes de diciembre, PPMD tiene una larga historia de apoyo a la investigación en fase inicial en momentos cruciales. La edición genética nos proporciona otra tecnología muy prometedora con el potencial para terminar con Duchenne.
Fuente: Parent Project Muscular Dystrophy
Traducido por La Fundación Akari con Permiso de Parent Project Muscular Dystrophy