Avanços da edição gênica por CRISPR no tratamento de insuficiência cardíaca, fibrose cística e colesterol elevado

Pesquisadores desenvolveram três abordagens distintas de edição gênica baseada em CRISPR voltadas à insuficiência cardíaca, à fibrose cística e ao colesterol elevado, marcando avanços significativos na aplicação da tecnologia de edição gênica a doenças comuns e raras. As técnicas vão desde o aprimoramento mitocondrial até a inserção de genes sem uso de vírus e a redução de lipídios com dose única.

Pesquisadores da Rice University e do Baylor College of Medicine desenvolveram um sistema CRISPR não editor que regula a expressão gênica para aumentar a produção de mitocôndrias nas células cardíacas, enfrentando a crise energética que está na base da insuficiência cardíaca. A insuficiência cardíaca afeta 6,8 milhões de americanos, e estima-se que 1 em cada 4 adultos nos EUA desenvolverá a condição ao longo da vida. Um terço dos pacientes desenvolve insuficiência cardíaca após um infarto, à medida que o coração luta para se recuperar e manter energia.

O sistema funciona como um interruptor de “ligar”, levando as células a montar mais mitocôndrias ao controlar vias regulatórias internas. “Em vez de forçar a célula a superexpressar um gene, usamos o CRISPR para orientar e ajustar finamente seus sistemas regulatórios naturais de maneira ponderada”, disse Isaac Hilton, professor associado de bioengenharia na Rice e autor correspondente do estudo publicado em Molecular Therapy. “Isso nos permite aumentar o desempenho mitocondrial preservando o equilíbrio na célula, o que é um requisito fundamental para uma translação clínica segura.”

Quando testado em vários tipos de células humanas, o sistema aumentou com sucesso a produção da proteína reguladora, ampliando a função mitocondrial e os níveis de energia celular. Ao ser aplicado a cardiomiócitos humanos, as células do coração responsáveis pelas contrações de bombeamento, o sistema melhorou a taxa de consumo de oxigênio, um indicador de melhora da função mitocondrial. Os pesquisadores observaram melhorias semelhantes na função mitocondrial quando testaram o sistema em um modelo animal, bem como em tecido cardíaco adulto de doadores humanos, tanto de corações normais quanto doentes.

Os tratamentos atuais para insuficiência cardíaca se concentram em reduzir a demanda energética do coração para compatibilizá-la com a oferta de energia comprometida. “As abordagens convencionais podem causar complicações adicionais ao longo do tempo porque não abordam a raiz do problema”, disse Ravi Ghanta, professor de cirurgia no Baylor e coautor correspondente do estudo. “Como se espera que a insuficiência cardíaca se torne mais prevalente, é especialmente crítico que concentremos nossos esforços no desenvolvimento de um tratamento eficaz.”

Em um desenvolvimento separado, pesquisadores da UCLA desenvolveram uma abordagem de edição gênica baseada em nanopartículas lipídicas capaz de inserir um gene saudável inteiro em células das vias aéreas humanas, restaurando uma função biológica-chave em um modelo laboratorial de fibrose cística. O estudo mostra que nanopartículas lipídicas — pequenas partículas à base de gordura amplamente usadas para entregar vacinas de mRNA — podem ser projetadas para carregar a carga molecular complexa necessária para a inserção precisa de um grande gene completo no genoma sem o uso de vetores virais.

A fibrose cística é causada por mutações em um único gene, o regulador de condutância transmembrana da fibrose cística, ou CFTR, que codifica um canal que ajuda a mover cloreto e água pela superfície das células das vias aéreas. Quando o canal não funciona adequadamente, o muco nos pulmões se torna espesso e pegajoso, prendendo bactérias e levando a infecções crônicas e dano pulmonar progressivo. Embora medicamentos altamente eficazes conhecidos como moduladores de CFTR tenham transformado o cuidado de muitas pessoas com fibrose cística, cerca de 10% dos pacientes produz pouca ou nenhuma proteína CFTR, não deixando nada para que esses fármacos atuem.

Como existem mais de 1.700 mutações diferentes no gene CFTR que podem causar fibrose cística, a equipe buscou desenvolver uma abordagem universal que pudesse corrigir qualquer um desses erros em uma única edição, em vez de individualmente. As partículas foram projetadas para transportar simultaneamente três componentes de edição gênica: a maquinaria CRISPR para cortar o DNA em um local preciso, moléculas-guia para direcionar o sítio genômico correto e um molde de DNA codificando uma cópia completa e funcional do gene CFTR.

Os pesquisadores testaram o sistema em células humanas das vias aéreas cultivadas em laboratório que carregavam uma mutação grave de fibrose cística que não responde aos medicamentos existentes. As nanopartículas entregaram com sucesso um gene CFTR saudável em cerca de 3-4% das células. Apesar dessa fração relativamente pequena de células corrigidas, o tratamento restaurou entre 88% e 100% da função normal do canal CFTR em toda a população celular.

O gene CFTR de reposição foi projetado para maximizar a produção de proteína assim que entrasse na célula, permitindo que mesmo um pequeno número de células corrigidas tivesse um efeito desproporcional. Esse desenho gênico, conhecido como otimização de códons, foi desenvolvido por colaboradores no laboratório de Donald Kohn, na UCLA, e aumenta a produção da proteína CFTR sem alterar a própria proteína.

Ao contrário de abordagens que entregam RNA mensageiro, que precisam de redoses repetidas, a nova estratégia insere o gene corrigido diretamente no genoma, potencialmente permitindo que as células e seus descendentes continuem produzindo CFTR funcional ao longo do tempo.

Um ensaio clínico (clinical trial) de fase 1, primeiro em humanos, de uma terapia de edição gênica CRISPR-Cas9 voltada ao colesterol foi apresentado nas American Heart Association Scientific Sessions e publicado no The New England Journal of Medicine. A terapia tem como alvo ANGPTL3, um gene que demonstrou regular o metabolismo de LDL e triglicerídeos, e foi administrada como uma única infusão intravenosa a pacientes com lipídios elevados apesar das terapias padrão.

Os pacientes apresentaram redução dependente da dose de até quase 50% para LDL-C e quase 55% para triglicerídeos. Não houve efeitos adversos graves relacionados à terapia nos dados iniciais, embora o acompanhamento de longo prazo ainda esteja em andamento. A abordagem com CRISPR é apoiada pela genética humana: pessoas com mutações naturais de perda de função que afetam ANGPTL3 mostraram ter menores taxas de doença cardiovascular.

O estudo de fase 1 foi desenhado apenas para avaliar a segurança inicial. Embora a terapia reduza LDL-C e triglicerídeos, ainda não demonstra se isso levará à diminuição da mortalidade cardiovascular. A pesquisa foi apoiada pelo Baylor College of Medicine, pela American Heart Association e pelos National Institutes of Health.