Una colaboración de investigación entre la Universidad de Tufts y la Academia China de Ciencias ha llevado al desarrollo de un mecanismo de entrega significativamente mejorado para el método de edición del gen CRISPR/Cas9 en el hígado, según un estudio publicado recientemente en la revista Advanced Materials. El suministro utiliza nanopartículas lipídicas sintéticas biodegradables que llevan las herramientas de edición molecular a la célula para alterar con precisión el código genético de las células con una eficiencia de hasta el 90 por ciento. Las nanopartículas representan una de las herramientas de administración CRISPR/Cas9 más eficientes reportadas hasta ahora, según los investigadores, y podrían ayudar a superar los obstáculos técnicos para permitir la edición de genes en una amplia gama de aplicaciones terapéuticas clínicas.

El sistema de edición de genes CRISPR/Cas9 se ha convertido en una poderosa herramienta de investigación que descubre la función de cientos de genes y actualmente se está explorando como una herramienta terapéutica para el tratamiento de diversas enfermedades. Sin embargo, quedan algunos obstáculos técnicos antes de que puedan ser prácticos para aplicaciones clínicas. CRISPR/Cas9 es un complejo molecular grande, que contiene tanto una nucleasa (Cas9) que puede cortar ambas cadenas de una secuencia genómica dirigida como un ARN de "guía única" (sgRNA) diseñado que explora el genoma para ayudar a la nucleasa a encontrar que Secuencia específica a editar. Dado que es un complejo molecular grande, es difícil administrar CRISPR/Cas9 directamente en el núcleo de la célula, donde puede hacer su trabajo. Otros han empaquetado las moléculas de edición en virus, polímeros y diferentes tipos de nanopartículas para introducirlas en el núcleo, pero la baja eficiencia de la transferencia ha limitado su uso y potencia para aplicaciones clínicas.

Las nanopartículas lipídicas descritas en el estudio encapsulan el ARN mensajero (ARNm) que codifica Cas9. Una vez que los contenidos de las nanopartículas, incluido el sgRNA, se liberan en la célula. La maquinaria de producción de proteínas de la célula asume el control y crea Cas9 a partir de la plantilla de ARNm, completando el kit de edición de genes. Una característica única de las nanopartículas está hecha de lípidos sintéticos que comprenden enlaces disulfuro en la cadena grasa. Cuando las partículas ingresan a la célula, el ambiente dentro de la célula se rompe, se abre el enlace disulfuro para desensamblar las nanopartículas y los contenidos se liberan rápida y eficientemente en la célula.
Los lípidos formulados con un enlazador biorreductible forman la pared de las nanopartículas que encapsulan el ARNm de Cas9 más el ARNpc. Al ingresar a la célula, in vitro o in vivo, los enlazadores se rompen y las partículas se desintegran para la entrega de contenidos y la traducción del ARNm en una enzima activa para la edición del genoma CRISPR/Cas9 Crédito: Qiaobing Xu, Tufts University

"Estamos empezando a ver ensayos clínicos en humanospara terapias CRISPR", dijo Qiaobing Xu, coautor del estudio y profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Tufts. "Hay muchas enfermedades que durante mucho tiempo han sido difíciles de manejar, por lo que las terapias CRISPR podrían ofrecer nuevas esperanzas, por ejemplo, la enfermedad de células falciformes, la distrofia muscular de Duchenne, la enfermedad de Huntington e incluso muchos tipos de cáncer. Esperamos que este avance nos lleve a otro paso hacia la toma de decisiones. CRISPR un enfoque efectivo y práctico para el tratamiento".

Los investigadores aplicaron el nuevo método a los ratones, buscando reducir la presencia de un gen que codifica PCSK9, cuya pérdida se asocia con un menor colesterol LDL y un menor riesgo de enfermedad cardiovascular. "Las nanopartículas lipídicas son una de las portadoras CRISPR/Cas9 más eficientes que hemos visto", dijo Ming Wang, también coautor del estudio y profesor en la Academia China de Ciencias, Laboratorio Nacional de Ciencia Molecular de Beijing. "En realidad, podemos eliminar la expresión de PCSK9 en ratones con una eficiencia del 80 por ciento en el hígado, lo que sugiere una verdadera promesa para aplicaciones terapéuticas".