MADRID, 28 May. (EUROPA PRESS) -
Científicos del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson, en Estados Unidos, han dado un paso hacia la práctica de la terapia génica al simplificar la forma en que las instrucciones de edición de genes se entregan a las células. Como utilizaron una nanopartícula de oro en lugar de un virus inactivado, suministraron con seguridad herramientas de edición de genes en modelos de laboratorio de virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y trastornos hereditarios de la sangre, como informan este lunes en 'Nature Materials'.
Es la primera vez que se utiliza una nanopartícula de oro cargada con CRISPR para editar genes en un raro pero poderoso subconjunto de células madre de la sangre, la fuente de todas las células de la sangre, según indican los propios investigadores. La nanopartícula de oro que lleva CRISPR condujo a la exitosa edición de genes en células madre de la sangre sin efectos tóxicos.
"A medida que las terapias genéticas se abren camino a través de los ensayos clínicos y están disponibles para los pacientes, necesitamos un enfoque más práctico", afirma la autora principal, la doctora Jennifer Adair, miembro asistente de la División de Investigación Clínica en Fred Hutch, agregando que los métodos actuales de realización de la terapia genética son inaccesibles para millones de personas en todo el mundo. "Quería encontrar algo más simple, algo que entregara de forma pasiva la edición de genes a las células madre de la sangre", añade.
Aunque CRISPR ha hecho que sea más rápido y fácil suministrar modificaciones genéticas al genoma con precisión, todavía tiene desafíos. Lograr que las células acepten las herramientas de edición de genes CRISPR implica una pequeña descarga eléctrica que puede dañar e incluso matar a las células. Y si se requieren ediciones genéticas precisas, deben diseñarse moléculas adicionales para proporcionarlas, lo que aumenta el costo y el tiempo.
CRUZAR RÁPIDAMENTE LA MEMBRANA CELULAR E IR AL NÚCLEO DE LAS CÉLULAS
Las nanopartículas de oro son una alternativa prometedora porque la superficie de estas pequeñas esferas (alrededor de una mil millonésima parte del tamaño de un grano de sal de mesa) permite que otras moléculas se adhieran fácilmente a ellas. "Diseñamos las nanopartículas de oro para cruzar rápidamente la membrana celular, esquivar los orgánulos celulares que buscan destruirlas e ir directamente al núcleo celular para editar los genes", dice el doctor Reza Shahbazi, investigador postdoctoral de Fred Hutch que ha trabajado con nanopartículas de oro. Para la administración de fármacos y genes durante siete años.
Shahbazi hizo las partículas de oro a partir de oro de grado de laboratorio que se purifica y se presenta como un líquido en una pequeña botella de laboratorio. Mezcla el oro purificado en una solución que hace que los iones de oro individuales formen partículas diminutas, que los científicos luego midieron para determinar su tamaño. Descubrieron que un tamaño particular, de 19 nanómetros de ancho, era el mejor por ser lo suficientemente grande y pegajoso como para agregar materiales de edición de genes a la superficie de las partículas, mientras que todavía era lo suficientemente pequeño como para que las células los absorbieran.
Empacado en las partículas de oro, el equipo de Fred Hutch agregó varios componentes de edición de genes. Añadieron un tipo de guía molecular llamada crRNA actúa como un GPS genético para mostrar el complejo CRISPR en el genoma para realizar el corte. La proteína nucleasa CRISPR, a menudo llamada "tijera genética", hace el corte en el AND. La proteína nucleasa CRISPR más utilizada es Cas9, pero los investigadores de Fred Hutch también estudiaron Cas12a (anteriormente llamado Cpf1) porque Cas12a hace un corte escalonado en el AND.
Los científicos esperaban que esto permitiera a las células reparar el corte de manera más eficiente y al mismo tiempo incrustar las nuevas instrucciones genéticas en la célula. Otra ventaja de Cas12a sobre Cas9 es que solo requiere una guía molecular, lo cual es importante debido a las limitaciones de espacio en las nanopartículas. Cas9 requiere dos guías moleculares.
El equipo de Fred Hutch eligió dos cambios genéticos hereditarios que otorgan protección contra la enfermedad: CCR5, que protege contra el VIH, y hemoglobina gamma, que protege contra trastornos de la sangre como la enfermedad de células falciformes y la talasemia.
Un recubrimiento de una polietilenimina pulula por la superficie de las partículas para darles una carga más positiva, lo que les permite ser absorbidas más fácilmente por las células. Esta es una mejora con respecto a otro método para hacer que las células tomen herramientas de edición de genes, llamadas electroporación, que involucran un ligero choque con las células para que se abran y permitan que entren las instrucciones genéticas.
Luego, los investigadores aislaron células madre sanguíneas con un marcador de proteína en su superficie llamado CD34. Estas células positivas en CD34 contienen las células progenitoras productoras de sangre que dan origen a toda la sangre y al sistema inmunológico. "Estas células reponen la sangre en el cuerpo todos los días, lo que las convierte en un buen candidato para el tratamiento de una sola vez. La terapia génica para mí durará toda la vida cuando las células se reemplacen a sí mismas", apuna Adair.
Al observar las células madre de la sangre humana en una placa de laboratorio, los científicos encontraron que sus nanopartículas de oro completamente cargadas fueron absorbidas de forma natural por las células dentro de las seis horas de haber sido agregadas y dentro de las 24 a 48 horas pudieron ver la edición de genes en curso. Observaron que el socio de la proteína CRISPR de Cas12a era mejor en la entrega de ediciones genéticas muy precisas a las células que el compañero de la proteína cas9 más comúnmente utilizado.
El efecto de edición del gen alcanzó un pico ocho semanas después de que los científicos inyectaran las células en modelos de ratón; 22 semanas después de la inyección, las células editadas todavía estaban allí. Los investigadores de Fred Hutch también encontraron células editadas en la médula ósea, el bazo y el timo de los modelos de ratones, una señal de que las células sanguíneas en división en esos órganos podrían continuar con el tratamiento sin que los ratones tuvieran que ser tratados nuevamente.
"Creemos que tenemos un buen candidato para dos enfermedades, el VIH y las hemoglobinopatías, aunque también estamos evaluando otros objetivos de la enfermedad en los que los pequeños cambios genéticos pueden tener un gran impacto, así como formas de hacer cambios genéticos más grandes --afirma Adair--. El siguiente paso es incrementar la cantidad de edición de genes que se produce en cada célula, lo que definitivamente es factible. Eso lo acercará a ser una terapia efectiva".
En el estudio, los investigadores informan que entre el 10 y el 20 por ciento de las células tomaron las ediciones genéticas, lo cual es un comienzo prometedor, pero a los investigadores les gustaría apuntar a que el 50 por ciento o más de las células sean editadas, lo que creen que tendrá un buen resultado y la posibilidad de combatir estas enfermedades.
