FDesde su primera descripción en 1935 hasta ahora, los resultados clínicos de los pacientes con fibrosis quística han experimentado una transformación espectacular. Si bien la rara enfermedad genética alguna vez fue una sentencia de muerte temprana que a menudo impedía a los pacientes llegar a la edad adulta, los avances en la terapéutica de la fibrosis quística han ampliado enormemente la esperanza de vida de quienes padecen la enfermedad a lo largo de los años.¹ Sin embargo, estas terapias no son efectivas en todos los pacientes.

En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturalezalos científicos informaron sobre una nueva estrategia para introducir el sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 en los pulmones de un modelo de ratón con fibrosis quística y corregir las mutaciones subyacentes.² Una vez desarrollado y probado, este enfoque podría permitir a los médicos tratar a todos los pacientes con fibrosis quística, incluidos aquellos que antes no eran tratables.

La fibrosis quística es el resultado de mutaciones en el regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR), que codifica un canal de cloruro en la superficie celular que ayuda a controlar la concentración de sal y agua en las secreciones corporales. La actividad de CFTR alterada o ausente provoca la característica mucosidad espesa y pegajosa asociada con la enfermedad y, en consecuencia, un aumento en la frecuencia de infecciones respiratorias. Los médicos han desarrollado fármacos de molécula pequeña, como Trikaftaque tratan eficazmente al 90 por ciento de los pacientes.³

«El problema es que estos medicamentos sólo sirven para controlar los síntomas», dijo yehui solestudiante de posgrado en Daniel SiegwartLaboratorio del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas y autor de este estudio. “[These drugs cannot] curar la raíz de la enfermedad porque es una enfermedad genética”. Las células del paciente deben producir la proteína CFTR para que las terapias existentes funcionen, lo que deja a los pacientes con mutaciones sin sentido sin opciones.

Desde su descubrimiento inicial, los investigadores creyeron que podrían utilizar CRISPR-Cas9 para ayudar a curar enfermedades genéticas. Sin embargo, la falta de transportadores eficaces que pudieran apuntar a órganos específicos frenó este enfoque. Para resolver este problema, Siegwart y su equipo desarrollaron previamente una estrategia de administración avanzada llamada órgano selectivo dirigido a nanopartículas lipídicas (ORDENAR LNP).⁴ Al modificar la composición y las propiedades biofísicas de estas nanopartículas, los investigadores se dirigieron selectivamente a las células de los pulmones, el hígado o el cerebro de ratones después de la administración intravenosa.

Sobre la base de este trabajo, Sun, Siegwart y su equipo optimizaron aún más la formulación de su SORT LNP pulmonar y mejoraron su administración, eficacia y especificidad dirigida a los pulmones, al tiempo que produjeron una toxicidad mínima. Después de encapsular los componentes del sistema CRISPR, incluido el ARNm de Cas9, el ARN guía único específico de la mutación y la plantilla de ADN monocatenario del donante, inyectaron las nanopartículas lipídicas por vía intravenosa en un modelo de ratón con fibrosis quística que alberga la mutación sin sentido, G542X. Mediante la secuenciación de próxima generación (NGS) de ADN extraído de su tejido pulmonar, los investigadores determinaron que su estrategia de edición de genes corrigió con éxito la mutación G542X en pulmones murinos.

Si bien estos resultados fueron prometedores, los investigadores no estaban seguros de si su sistema podría llegar directamente a las células basales, que son células madre residentes en el epitelio respiratorio. Debido a que estas células pueden diferenciarse en varios tipos de células epiteliales, eficaz CFTR La reparación en las células basales podría conducir potencialmente a mejoras a largo plazo en la función pulmonar. Al tratar una cepa de ratón reportero transgénico con un pulmón portador de LNP SORT cre mRNA y al evaluar la fluorescencia de células basales aisladas mediante citometría de flujo, observaron que sus nanopartículas lipídicas podían administrar eficazmente mRNA a las células basales in vivo.

Entrega eficiente de estos [genome] Los editores se centran en las áreas en las que queremos que funcione siempre ha sido un problema.
-Amy Wong, El Hospital para Niños Enfermos

Para probar si su enfoque también podría mejorar la función CFTR, Sun y sus colegas cultivaron células epiteliales bronquiales humanas derivadas de pacientes que expresaban la mutación más común en CFTR, F508del, sobre una membrana permeable y se trató la monocapa con SORT LNP de pulmón. Luego evaluaron los cambios en la secreción de iones de cloruro aplicando una corriente eléctrica a través de la capa epitelial y midiendo la resistencia y el voltaje transepiteliales, así como la eficiencia de la edición de genes a través de NGS. Aunque encontraron que su sistema reparó la mutación en sólo el cuatro por ciento de las células, esta tasa de corrección fue suficiente para restaurar la actividad del canal de cloruro al 71 por ciento de la función CFTR saludable.

“Entrega eficiente de estos [genome] «Los editores apuntan a las áreas en las que queremos que funcione siempre ha sido un problema», dijo Amy Wong, biólogo del desarrollo y de células madre del Hospital for Sick Children, que no participó en el estudio. «Las nanopartículas lipídicas realmente abordan la cuestión de la entrega». Wong estaba particularmente emocionado de que el SORT LNP pulmonar alcanzara las células basales en el epitelio pulmonar. «Si se dirige a estas células madre, tendrá una fuente de células que podrán renovar el epitelio y tendrán el CFTR correcto en la membrana plasmática», explicó Wong.

Además de tratar enfermedades pulmonares adicionales, esta estrategia de administración de SORT LNP tiene un gran potencial para proporcionar edición genética dirigida a células de otras áreas del cuerpo. “La fibrosis quística no es una enfermedad que afecte únicamente a las vías respiratorias; afecta a múltiples tejidos”, dijo Wong. “Su método de administración intravenosa… podría ser potencialmente una vía para apuntar también a otros órganos, como el páncreas. [or] el hígado.»

Referencias

1. De Boeck K. Fibrosis quística en el año 2020: Una enfermedad con una nueva cara. Acta Pediatría. 2020;109(5):893-899.
2. Wei T, et al. Los LNP Lung SORT permiten la corrección precisa del genoma CRISPR/Cas mediada por reparación dirigida por homología en modelos de fibrosis quística. comuna nacional. 2023;14(1):7322.
3. Ridley K, Condren M. Elexacaftor-tezacaftor-ivacaftor: la primera terapia moduladora del regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística de triple combinación. J Pediatr Pharmacol Ther. 2020;25(3):192-197.
4. Cheng Q, et al. Nanopartículas dirigidas selectivamente a órganos (SORT) para la administración de ARNm específico de tejido y la edición de genes CRISPR-Cas. Nanotecnología Nat. 2020;15(4):313-320.