Nuevos métodos de administración elevan la eficiencia de la edición genética con CRISPR hasta el 90%

Los científicos han presentado dos estrategias innovadoras y distintas para aumentar de forma drástica la eficacia de la edición genética y de las terapias con mRNA, abordando un desafío persistente que ha limitado la traslación del éxito en laboratorio a aplicaciones clínicas.

Investigadores de Biohub descubrieron que la coadministración de tres aminoácidos —methionine, arginine y serine— puede amplificar hasta 20 veces la entrega de la carga terapéutica y elevar la eficiencia de edición genética con CRISPR desde un modesto 25% hasta cerca del 90% in vivo. El hallazgo marca un punto de inflexión para la medicina molecular, ya que las nanopartículas lipídicas (lipid nanoparticles, LNP) llevan tiempo enfrentándose a dificultades para traducir su espectacular rendimiento en laboratorio en un éxito equivalente dentro de los organismos vivos.

El equipo de Biohub, liderado por el Dr. Daniel Zongjie Wang y la Dra. Shana O. Kelley, replanteó el problema mirando más allá de las propias nanopartículas y centrando la atención en el entorno celular y el estado metabólico que regulan las interacciones con la membrana. Cuando los investigadores modelaron un entorno fisiológico más auténtico utilizando un medio similar al plasma humano, la captación de LNP por las células disminuyó de forma abrupta. Análisis metabólicos y genéticos posteriores identificaron vías relacionadas con los aminoácidos atenuadas como un cuello de botella crítico.

El cóctel optimizado, compuesto únicamente por methionine, arginine y serine de grado farmacéutico —tres aminoácidos disponibles de forma ubicua y considerados seguros para uso clínico— resultó transformador. El suplemento de aminoácidos mejoró de manera notable la captación y la expresión funcional de la carga de mRNA en diversos tipos celulares. Este efecto se mantuvo independientemente de la vía de administración, ya fuera intramuscular, intratraqueal o intravenosa, y fue independiente de la composición lipídica de las nanopartículas o de la naturaleza de la carga genética.

Desde el punto de vista mecanístico, la coentrega del suplemento de aminoácidos parece modular una vía específica de captación celular, ampliando de forma efectiva la “puerta” celular por la que entran las nanopartículas lipídicas. Al energizar los circuitos metabólicos de los aminoácidos, las células quedan preparadas metabólicamente para internalizar con mayor eficiencia los nanotransportadores y liberar sus cargas terapéuticas.

En un modelo preclínico en ratón de insuficiencia hepática aguda inducida por acetaminophen, la adición del suplemento de aminoácidos transformó una tasa de supervivencia peligrosamente baja del 33% en supervivencia completa tras el tratamiento con mRNA de la hormona del crecimiento encapsulado en LNP. Esta mejora notable se acompañó de un aumento de casi nueve veces en los niveles séricos de proteína terapéutica y de la normalización de los marcadores de daño hepático e inflamación hasta valores cercanos a los de animales sanos. En aplicaciones de edición genética dirigidas al tejido pulmonar, el suplemento impulsó la eficiencia de edición con CRISPR-Cas9 desde el rango típico del 20% al 30% hasta un inédito 85% al 90% con una sola dosis.

Por separado, un equipo de la University of California, Berkeley, liderado por la pionera de la edición génica y premio Nobel Jennifer Doudna, desarrolló un sistema de CRISPR autorreplicante que se propaga entre células como un virus. Los científicos añadieron instrucciones genéticas para que las células fabriquen un transportador similar a un virus capaz de encapsular la maquinaria CRISPR. Una vez producido en las células tratadas, la carga CRISPR se envía a las células vecinas.

El sistema, llamado NANoparticle-Induced Transfer of Enzyme, o NANITE, combina en una única pieza circular de DNA las instrucciones genéticas para las moléculas transportadoras y la maquinaria CRISPR. Esto garantiza que la enzima Cas9 esté físicamente vinculada a las proteínas de administración a medida que ambas se producen dentro de una célula. También significa que el vehículo final de administración encapsula también el guide RNA, el “sabueso” que ancla Cas9 a su diana en el DNA.

Como un virus benévolo, NANITE “infecta” inicialmente a un pequeño número de células. Una vez dentro, instruye a cada célula para fabricar la herramienta CRISPR completa, empaquetarla y enviarla a otras células. El editor mejorado fue aproximadamente tres veces más eficaz en la edición genética de células cultivadas en laboratorio en comparación con el CRISPR estándar. También redujo la cantidad de una proteína dañina en ratones con un trastorno metabólico genético, mientras que la versión original tuvo poco efecto con la misma dosis.

Los editores génicos prometen revolucionar la medicina al anular o corregir la base genética subyacente de las enfermedades, pero todas estas herramientas están limitadas por un requisito básico: debe editarse un número suficiente de células como para que superen a sus contrapartes enfermas. Los tratamientos deben corregir alrededor del 20% de las células madre sanguíneas para mantener a raya la anemia falciforme. En el caso de la distrofia muscular de Duchenne, una enfermedad hereditaria que debilita los músculos, es necesario editar más del 15% de las células diana.

Una vez entregada a las células, la maquinaria de edición queda confinada a las células en las que entra inicialmente. Para compensarlo, los científicos suelen aumentar la dosis, pero esto conlleva el riesgo de desencadenar ataques inmunitarios y ediciones genéticas fuera de objetivo. Ambos enfoques nuevos ofrecen soluciones potenciales a esta limitación fundamental en la administración de terapias génicas.