Un paso más cerca de curar la ceguera genética: restauran parcialmente la visión en ratones

Los métodos de edición genética prometen tratar diversas enfermedades corrigiendo con precisión las mutaciones genéticas que las causan. La edición primaria fue descrita en 2019 por el grupo de David Liu, catedrático Richard Merkin y director del Instituto Merkin de Tecnologías Transformadoras de la Salud del Instituto Broad del MIT y la Universidad de Harvard. Este método permite realizar cambios en el ADN más largos y diversos que otros tipos de edición. Sin embargo, introducir la compleja maquinaria de edición de genes a las células en animales vivos ha sido un desafío... ¿hasta ahora?

Parece que la edición primaria (una forma versátil de edición de genes que puede corregir la mayoría de las mutaciones genéticas causantes de enfermedades conocidas) cuenta con un nuevo vehículo para introducir su maquinaria en las células de animales vivos. Ha sido desarrollado por el equipo de Liu y, gracias a él, han logrado corregir las mutaciones de un trastorno genético que causa ceguera en dos modelos de ratón, restaurando parcialmente su visión.

En esencia, el equipo de investigadores del Instituto Broad del MIT y de Harvard ha diseñado partículas similares a virus para introducir editores primarios en células de ratones con la eficacia suficiente para corregir su trastorno genético. En el nuevo trabajo publicado hoy en Nature Biotechnology, el equipo ha adaptado unas partículas virales de ingeniería (eVLP) que ya habían diseñado para transportar editores de bases, otro tipo de editor génico de precisión que realiza cambios de una sola letra en el ADN.

Ahora, los investigadores describen cómo rediseñaron tanto las eVLP como partes de la proteína editora principal y la maquinaria del ARN para aumentar la eficacia de la edición hasta 170 veces en células humanas en comparación con las eVLP anteriores que transportan editores de bases. El equipo utilizó su nuevo sistema para corregir mutaciones causantes de enfermedades en los ojos de dos modelos de ratón de ceguera genética, restaurando parcialmente su visión. También administraron editores de bases en el cerebro del ratón y no detectaron ninguna edición fuera del objetivo.

"Este estudio representa, hasta donde sabemos, la primera vez que se utilizan complejos proteína-ARN para lograr la edición terapéutica de primotipos en un animal", afirma David Liu, autor principal del estudio y catedrático Richard Merkin y director del Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare del Broad. Liu también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes y profesor de la Universidad de Harvard.

Corrigieron una mutación que causa retinosis pigmentaria

Liu y sus colegas, en colaboración con Krzysztof Palczewski, de la Universidad de California en Irvine, probaron primero el sistema en ratones para corregir dos mutaciones genéticas diferentes en los ojos. Una mutación, en el gen Mfrp, causa una enfermedad llamada retinosis pigmentaria que conduce a la degeneración progresiva de la retina. La otra, en el gen Rpe65, está asociada a la ceguera que se observa en la enfermedad conocida como amaurosis congénita de Leber (LCA) en humanos.

En ambos casos, las eVLP corrigieron la mutación en hasta el 20% de las células de la retina de los animales, restaurando parcialmente su visión. El grupo de investigación también demostró que las eVLP cargadas con maquinaria de edición primaria podían editar eficazmente genes en el cerebro de ratones vivos. Casi la mitad de todas las células de la corteza cerebral que recibieron la maquinaria de edición mostraron una edición génica.

"El campo de la edición génica coincide en gran medida en que, de cara al futuro, la maquinaria de edición génica debe administrarse en última instancia en forma de proteínas para minimizar los posibles efectos secundarios, y ahora hemos demostrado una forma eficaz de hacerlo", afirmó Liu. "Tenemos previsto seguir trabajando activamente en la mejora de las eVLP y en la adaptación de la tecnología para dirigirla a otros tipos de tejidos del organismo".

El dilema de la administración

Como decíamos, al menos hasta ahora, "entregar" esta compleja maquinaria de edición de genes a las células en animales vivos ha sido todo un reto. Por eso, los investigadores han utilizado diversos métodos para introducir estas máquinas moleculares en las células, como nanopartículas lipídicas y virus. Sus hallazgos han despertado especial interés las partículas similares a virus (VLP), compuestas por una cubierta de proteínas víricas que transportan la carga pero carecen de material genético vírico.

Pero las VLP han dado resultados modestos en animales y tienen que diseñarse específicamente para cada tipo de carga a fin de que lleguen eficazmente a las células. "Al principio esperábamos poder utilizar las eVLP que habíamos desarrollado y optimizado minuciosamente para la edición de bases y aplicarlas a los editores primarios", explica Meirui An, estudiante de posgrado del laboratorio de Liu y primera autora del nuevo artículo. "Pero cuando lo intentamos, no observamos prácticamente ninguna edición primaria".

Por eso, en el nuevo trabajo, los investigadores rediseñaron ampliamente tanto las proteínas eVLP como la propia maquinaria de edición primaria para que los sistemas de administración y edición funcionaran con mayor eficacia. Por ejemplo, mejoraron la forma de empaquetar la carga de edición primaria en las eVLP, de separarla del vehículo de transporte y de introducirla en el núcleo de las células diana.

"La carga editora principal debe empaquetarse eficazmente en las eVLP cuando se forman las partículas, pero también debe liberarse eficazmente de las partículas tras la entrada en la célula diana", explica Aditya Raguram, antiguo estudiante de posgrado del laboratorio de Liu y coautor del estudio. "Todos estos pasos deben orquestarse cuidadosamente para lograr una edición primaria eficiente mediada por eVLP".

Si bien cada mejora individual supuso pequeños saltos en la eficiencia de los editores primarios, los cambios en conjunto tuvieron un impacto mucho mayor. "Cuando lo combinamos todo, vimos mejoras de aproximadamente 100 veces en comparación con los eVLP con los que empezamos", dijo Liu. "Ese tipo de mejora en la eficiencia debería ser suficiente para proporcionarnos niveles terapéuticamente relevantes de edición primaria, pero no lo sabíamos con certeza hasta que lo probamos en animales".