Edição gênica com nanopartículas restaura a função do CFTR em modelo laboratorial de fibrose cística

Pesquisadores da UCLA desenvolveram uma abordagem de edição gênica baseada em nanopartículas lipídicas capaz de inserir um gene saudável inteiro em células humanas das vias aéreas, restaurando uma função biológica essencial em um modelo laboratorial de fibrose cística e estabelecendo um novo caminho potencial para uma terapia gênica independente da mutação em doenças pulmonares hereditárias. O estudo, publicado em Advanced Functional Materials, mostra que nanopartículas lipídicas podem ser projetadas para transportar a carga molecular necessária para a inserção precisa de um gene grande e de comprimento total 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 movimentar cloreto e água pela superfície das células das vias aéreas. Embora medicamentos altamente eficazes conhecidos como moduladores de CFTR tenham transformado o cuidado de muitas pessoas com fibrose cística, cerca de 10% dos pacientes produzem pouca ou nenhuma proteína CFTR, não deixando nada para esses fármacos atuarem.

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 tratá-los individualmente. Neste estudo, a equipe usou nanopartículas lipídicas como um sistema de entrega não viral projetado 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 que codifica uma cópia completa e funcional do gene CFTR.

Os pesquisadores testaram o sistema em células humanas das vias aéreas cultivadas em laboratório e portadoras de uma mutação grave de fibrose cística que não responde aos medicamentos existentes. As nanopartículas conseguiram entregar um gene CFTR saudável a cerca de 3% a 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.

Os pesquisadores disseram que a força dessa recuperação reflete não apenas onde o gene foi inserido, mas também como ele foi projetado. O gene CFTR de substituição foi desenhado 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, aumenta a produção da proteína CFTR sem alterar a própria proteína.

Ao contrário das abordagens que entregam RNA mensageiro, que precisam de redosagem repetida, a nova estratégia insere o gene corrigido diretamente no genoma, potencialmente permitindo que as células e suas descendentes continuem produzindo CFTR funcional ao longo do tempo. Para benefício de longo prazo, no entanto, a edição gênica precisa, em última instância, alcançar as células-tronco das vias aéreas, que ficam profundamente no revestimento protetor do pulmão e regeneram as vias aéreas ao longo da vida da pessoa. Alcançar essas células continua sendo um dos maiores desafios pela frente porque as vias aéreas são projetadas para bloquear partículas estranhas e, em pacientes com fibrose cística, o muco espesso cria uma barreira adicional.

Os pesquisadores descreveram o trabalho como uma prova de conceito e disseram que estudos futuros precisarão melhorar a entrega às células-tronco das vias aéreas para uma terapia duradoura de dose única.