Nanopartículas lipídicas introducen el gen CFTR completo en un avance de terapia génica para la fibrosis quística
Investigadores de UCLA desarrollaron un enfoque de edición génica con nanopartículas lipídicas que inserta una copia completa y funcional del gen CFTR en células humanas de las vías respiratorias sin usar vectores virales. En modelos de laboratorio de fibrosis quística, esta estrategia restauró hasta el 100% de la función del canal CFTR, lo que sugiere un camino hacia terapias génicas independientes de la mutación.
Los investigadores de UCLA han desarrollado un enfoque de edición génica basado en nanopartículas lipídicas capaz de insertar un gen sano completo en células humanas de las vías respiratorias, restaurando una función biológica clave en un modelo de laboratorio de fibrosis quística y estableciendo una posible nueva vía hacia una terapia génica independiente de la mutación para enfermedades pulmonares hereditarias. El estudio, publicado en Advanced Functional Materials, muestra que las nanopartículas lipídicas pueden diseñarse para transportar la compleja carga molecular necesaria para la inserción precisa de un gen grande de longitud completa en el genoma sin utilizar vectores virales.
"Este trabajo demuestra que podemos empaquetar todo lo necesario para una inserción génica precisa en un único sistema de administración no viral. Ese es un paso fundamental hacia el desarrollo de terapias génicas que puedan funcionar frente a muchas mutaciones diferentes causantes de enfermedad", dijo el autor principal del estudio, miembro del UCLA Broad Stem Cell Research Center.
La fibrosis quística está causada por mutaciones en un solo gen, el regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística, o CFTR, que codifica un canal que ayuda a mover cloruro y agua a través de la superficie de las células de las vías respiratorias. Cuando el canal no funciona correctamente, el moco en los pulmones se vuelve espeso y pegajoso, atrapa bacterias y provoca infecciones crónicas y daño pulmonar progresivo. Aunque los fármacos altamente eficaces conocidos como moduladores de CFTR han transformado la atención de muchas personas con fibrosis quística, alrededor del 10% de los pacientes producen poca o ninguna proteína CFTR, por lo que no hay nada sobre lo que esos fármacos puedan actuar.
"Para esos pacientes, la terapia génica no es solo una mejora; en realidad es la única opción", dijo un coautor del estudio y subdirector de investigación traslacional en el centro de células madre. "En primer lugar, hay que darle a la célula la capacidad de producir la proteína".
Dado que existen más de 1.700 mutaciones diferentes en el gen CFTR que pueden causar fibrosis quística, el equipo buscó desarrollar un enfoque universal que pudiera corregir cualquiera de estos errores en una sola edición en lugar de hacerlo de forma individual. La mayoría de las terapias génicas experimentales se basan en vectores virales para introducir material genético en las células. Aunque son potentes, los enfoques virales pueden ser costosos de fabricar, estar limitados en la cantidad de material genético que pueden transportar y resultar difíciles de administrar más de una vez porque el sistema inmunitario puede reconocerlos y reaccionar frente a ellos.
En su lugar, el equipo de UCLA utilizó nanopartículas lipídicas como un sistema de administración no viral. Las partículas se diseñaron para transportar simultáneamente tres componentes de edición génica: la maquinaria CRISPR para cortar el ADN en una ubicación precisa, moléculas guía para dirigir el sitio genómico correcto y una plantilla de ADN que codifica una copia completa y funcional del gen CFTR.
"Lograr meter todo eso en una sola partícula —especialmente un gen tan grande como CFTR— es algo que no se había demostrado antes", dijo el primer autor del estudio y un reciente doctorado del laboratorio de Jonas en UCLA. "Si se puede resolver el problema del 'gen grande', se abre la puerta para muchas otras enfermedades también".
Los investigadores probaron el sistema en células humanas de las vías respiratorias cultivadas en el laboratorio que portaban una mutación grave de fibrosis quística que no responde a los fármacos existentes. Las nanopartículas lograron introducir con éxito un gen CFTR sano en aproximadamente el 3–4% de las células. A pesar de esa fracción relativamente pequeña de células corregidas, el tratamiento restauró entre el 88% y el 100% de la función normal del canal CFTR en toda la población celular.
Los investigadores señalan que la magnitud de esa recuperación refleja no solo dónde se insertó el gen, sino cómo fue diseñado. El gen CFTR de reemplazo se diseñó para maximizar la producción de proteína una vez que ingresaba en la célula, lo que permite que incluso un pequeño número de células corregidas tenga un efecto desproporcionadamente grande. Ese diseño génico —conocido como optimización de codones— fue desarrollado por colaboradores en un laboratorio de UCLA y aumenta la producción de proteína CFTR sin alterar la proteína en sí.
A diferencia de los enfoques que administran ARN mensajero —que deben volver a dosificarse repetidamente—, la nueva estrategia inserta el gen corregido directamente en el genoma, lo que potencialmente permite que las células y sus descendientes continúen produciendo CFTR funcional a lo largo del tiempo. Sin embargo, para un beneficio a largo plazo, la edición génica finalmente debe llegar a las células madre de las vías respiratorias, que se encuentran en lo profundo del revestimiento protector del pulmón y regeneran la vía aérea durante toda la vida de una persona.
"Estas células madre son longevas y regeneran constantemente la vía aérea", dijo un coautor que también es profesor de pediatría y medicina pulmonar en la David Geffen School of Medicine at UCLA. "Si se pueden corregir, en teoría, se podría tener una fuente duradera de células sanas".
Llegar a esas células sigue siendo uno de los mayores desafíos por delante. La vía aérea está diseñada para bloquear partículas extrañas y, en los pacientes con fibrosis quística, el moco espeso crea una barrera adicional.