Nanopartículas lipídicas entregam o gene CFTR completo em avanço de terapia gênica para fibrose cística

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 essencial em um modelo laboratorial de fibrose cística e estabelecendo um potencial novo caminho rumo a uma terapia gênica independente de mutação para doenças pulmonares hereditárias. O estudo, publicado na Advanced Functional Materials, mostra que nanopartículas lipídicas podem ser projetadas para transportar a carga molecular complexa necessária para a inserção precisa de um gene grande e de comprimento total no genoma sem o uso de vetores virais.

"Este trabalho mostra que conseguimos empacotar tudo o que é necessário para uma inserção gênica precisa em um único sistema de entrega não viral. Esse é um passo crítico para desenvolver terapias gênicas que possam funcionar em muitas mutações diferentes causadoras de doença", disse o autor sênior do estudo, membro do UCLA Broad Stem Cell Research Center.

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 torna-se espesso e pegajoso, prendendo bactérias e levando a infecções crônicas e dano pulmonar progressivo. Embora fármacos 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 havendo nada para esses medicamentos atuarem.

"Para esses pacientes, a terapia gênica não é apenas uma melhoria — é realmente a única opção", disse um coautor do estudo e diretor associado de pesquisa translacional no centro de células-tronco. "Você precisa dar à célula a capacidade de produzir a proteína em primeiro lugar."

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 fazê-lo individualmente. A maioria das terapias gênicas experimentais depende de vetores virais para entregar material genético às células. Embora poderosas, abordagens virais podem ser caras de fabricar, limitadas na quantidade de material genético que conseguem carregar e difíceis de administrar mais de uma vez, porque o sistema imunológico pode reconhecê-las e reagir a elas.

Em vez disso, a equipe da UCLA utilizou nanopartículas lipídicas como um sistema de entrega não viral. 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 que codifica uma cópia completa e funcional do gene CFTR.

"Colocar tudo isso em uma única partícula — especialmente um gene tão grande quanto o CFTR — é algo que ainda não havia sido demonstrado", disse o primeiro autor do estudo e recém-doutor egresso do laboratório Jonas na UCLA. "Se você consegue resolver o problema do 'gene grande', isso abre a porta para muitas outras doenças também."

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 conseguiram entregar 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.

Os pesquisadores afirmam que a força dessa recuperação reflete não apenas onde o gene foi inserido, mas como ele foi projetado. O gene CFTR de reposição 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 — foi desenvolvido por colaboradores em um laboratório da UCLA e aumenta a produção de proteína CFTR sem alterar a proteína em si.

Diferentemente de abordagens que entregam RNA mensageiro — que precisam de redosagens 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. 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 de uma pessoa.

"Essas células-tronco são longevas e regeneram constantemente as vias aéreas", disse um coautor que também é professor de pediatria e medicina pulmonar na David Geffen School of Medicine da UCLA. "Se você conseguir corrigi-las, poderia, em teoria, ter uma fonte duradoura de células saudáveis."

Alcançar essas células continua sendo um dos maiores desafios à frente. As vias aéreas foram projetadas para bloquear partículas estranhas e, em pacientes com fibrose cística, o muco espesso cria uma barreira adicional.