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El nuevo enfoque para la entrega de CRISPR abre la puerta a la edición segura de múltiples genes
El nuevo trabajo de IGI Investigators en UC Berkeley, UC San Francisco (UCSF) y Gladstone Institutes allana el camino para la próxima generación de CRISPR terapias Publicado hoy en Naturaleza Ingeniería Biomédica, Ross Wilson, Director de Entrega Terapéutica del IGI; justin eyquem, Profesor Asistente de Medicina, UCSF e Investigador Afiliado en los Institutos Gladstone; alex marson, Director de Salud Humana del IGI y Director del Instituto Gladstone-UCSF de Genómica Inmunología; y sus colegas demuestran un nuevo enfoque para superar el desafío de entregar de manera eficiente moléculas de edición del genoma CRISPR a seres vivos células: mezclar componentes CRISPR con fragmentos cortos de proteínas llamados péptidos para formar una mezcla que puede deslizarse a través de la capa externa de la célula.
Medicamentos genómicos y terapias celulares como CAR-T células cancerosas inmunoterapia, incluidas las terapias que implican edición del genoma, ya están impactando a los pacientes. Pero la entrega es uno de los mayores desafíos para crear y mejorar estos tratamientos. La forma más común de administrar CRISPR a células aisladas en un laboratorio utiliza una descarga eléctrica para desactivar momentáneamente una célula, permitiendo que los componentes de CRISPR se cuelen. Pero la descarga es dura para las células: un porcentaje significativo no sobrevive al tratamiento. En aquellos que sobreviven, la investigación muestra que hay grandes cambios en gen actividad.
Otro enfoque de entrega convencional se basa en empaquetar herramientas CRISPR dentro de un virus. El virus puede permanecer en el cuerpo durante meses o años. Cuanto más tiempo estén presentes los componentes CRISPR, mayor será la posibilidad de que hagan cortes no deseados en el genoma.
El nuevo enfoque de péptidos de los investigadores de IGI es mucho más suave con la célula. El péptido simplemente se mezcla con el CRISPR enzima. Los péptidos ayudan a las enzimas CRISPR a ingresar a una célula sin necesidad de una descarga eléctrica. Pocas células mueren en el proceso y hay muy poco efecto sobre la actividad general del gen. Los componentes CRISPR están presentes solo durante aproximadamente un día, lo que reduce drásticamente las posibilidades de cortes no deseados. Y con el método del péptido, no se necesita ningún virus para editar un gen.
Un beneficio adicional es que el nuevo método ayudará a que más investigadores trabajen en el desarrollo de terapias basadas en CRISPR al hacerlo más barato y más fácil. Los virus utilizados para el parto son difíciles de fabricar, y el protocolo de descarga eléctrica depende de un equipo especial.
"En este momento, se requiere mucha infraestructura para realizar estos experimentos en células de mamíferos", dice el coautor David Nguyen, investigador de IGI, profesor asistente de medicina en UCSF, y Profesor Asistente de Inmunología en UC Berkeley. “El método del péptido va a democratizar pequeños experimentos con edición de genes en laboratorios que no tienen los recursos para invertir en configuraciones de electroporación o para hacer virus”.
Y cuando esos experimentos producen nuevas terapias, la fabricación de péptidos es fácil de ampliar.
“El primer progreso con la entrega de CRISPR provino de la adaptación de plataformas que ya estaban disponibles”, dice Wilson. “Los virus son ideales para los sistemas tradicionales terapias de genes donde estás agregando una copia completamente nueva de un gen en una célula. Las nanopartículas de lípidos fueron diseñados para entregar letra singular y moléculas de ARN. Pero queremos que las proteínas CRISPR entren en la célula, listas para funcionar. Nuestro enfoque basado en péptidos aprovecha el propio CRISPR; de hecho, podemos evitar las complejidades y los límites de estas otras plataformas”.
El producto de terapia celular más utilizado es CAR-T. AUTO-las células T son células inmunitarias humanas que han sido diseñadas para atacar las células cancerosas en la sangre. Por lo general, se fabrican tomando células T de un paciente, en algunos casos usando equipo especializado para dar a la célula una descarga eléctrica y luego usando virus para agregar herramientas de ingeniería genómica de generaciones anteriores. ¿Qué pasaría si los múltiples cambios genómicos necesarios para una inmunoterapia eficaz pudieran realizarse con la precisión de CRISPR?
Es sorprendente lo que se puede lograr cuando tres laboratorios con experiencia diversa realizan un esfuerzo verdaderamente colaborativo para resolver un gran problema en la edición de genes.
—Dana Foss
En la mayoría de las terapias convencionales basadas en CRISPR, solo se puede editar de forma segura un único gen en una célula determinada. Para enfermedades genéticas como la enfermedad de células falciformes que son causadas por un cambio en un solo gen, esto puede ser revolucionario. Pero para muchas otras enfermedades, por ejemplo, los cánceres de tumores sólidos, la edición de múltiples genes ("multiplexación") en la misma célula podría ser muy beneficiosa. En este momento, los investigadores que intentan realizar la edición multiplex se encuentran con un problema arriesgado. Generalmente, los reactivos CRISPR funcionan haciendo un corte en el ADN. Cuando la célula repara el corte, es una oportunidad para cambiar la secuencia de ADN. Pero cuando se hacen cortes en varias ubicaciones del genoma a la vez, las cosas pueden confundirse.
“Si desea editar múltiples genes en el genoma y, al hacerlo, crear múltiples roturas de doble hebra, esto crea el riesgo de dañar la integridad del genoma”, explica Joe Muldoon, coautor del nuevo artículo y becario postdoctoral en la UCSF. “La célula hará todo lo posible para reparar las roturas del ADN. Y si eso significa volver a unir los cromosomas de una manera que no les corresponde, lo hará”.
En los últimos años, Editas Medicine identificó una posible solución a esto: en lugar de hacer varias ediciones a la vez, teóricamente podrían hacerse una por una, esperando un par de días entre cada edición. De esa manera, la célula tiene tiempo para reparar los cortes entre cada cambio, lo que limita el potencial de reordenamientos cromosómicos no deseados. Sin embargo, en el momento en que Editas identificó este enfoque, no había una forma real de hacerlo: aplicar múltiples rondas de descargas eléctricas dejaría pocas células vivas al final.
Con el enfoque de péptido más suave descrito en el nuevo artículo, Wilson y sus colaboradores han demostrado que es posible realizar hasta tres ediciones seguidas en las mismas células sin que se produzca una mortandad masiva o grandes cambios en la actividad de los genes. También observaron que, como se anticipó, espaciar la edición en el tiempo evita el caos cromosómico asociado con la realización de múltiples cortes de ADN al mismo tiempo.
“La inmunoterapia es el número uno, dos y tres en la lista de aplicaciones”, dice Nguyen. Él prevé que se podrían crear formas novedosas de células CAR-T para combatir cánceres especialmente complicados o para domar enfermedades autoinmunes. Otras direcciones futuras incluyen la combinación de péptidos y anticuerpos para dirigir los reactivos CRISPR a tipos de células específicos.
Avanzando, el Colectivo de entrega del IGI El equipo está trabajando para desarrollar terapias CRISPR administradas con péptidos que podrían usarse en pacientes humanos. Sin la necesidad de equipos especializados, algún día podría ser posible realizar la edición del genoma en un hospital como un procedimiento de rutina. Y debido a que las moléculas de péptido-CRISPR son más pequeñas que los virus o las nanopartículas de lípidos, este enfoque puede ser especialmente efectivo para usar directamente dentro del cuerpo de un paciente, no solo en células aisladas.
"A más largo plazo, esto podría ofrecer una oportunidad realmente emocionante para la edición del genoma en el punto de atención", dice la coautora Dana Foss, quien dirigió esta investigación como postdoctorado en el laboratorio de Wilson. “En este momento eso es inaccesible porque la electroporación es parte de un flujo de trabajo complicado. Pero con el método que describimos, es muy posible ya que simplemente mezcla el péptido con las proteínas CRISPR listas para usar y lo agrega a las células. La simplicidad del proceso abre formas completamente nuevas de hacer llegar los productos de terapia celular a los pacientes”.
Más información: Entrega mediada por péptidos de enzimas CRISPR para la edición eficiente de linfocitos humanos primarios (Nature Biomedical Engineering, 25 de abril de 2023)
