La nanotecnología puede mejorar la terapia génica para la ceguera

Una nueva investigación de la OHSU y la OSU utiliza nanopartículas lipídicas para tratar las células del ojo sensibles a la luz, los fotorreceptores.

Científicos de la Facultad de Farmacia de la Universidad Estatal de Oregón han demostrado en modelos animales la posibilidad de utilizar nanopartículas lipídicas y ARN mensajero, la tecnología en la que se basan las vacunas COVID-19, para tratar la ceguera asociada a una rara enfermedad genética.

Los investigadores desarrollaron nanopartículas capaces de penetrar en la retina neural y administrar ARNm a las células fotorreceptoras cuyo correcto funcionamiento hace posible la visión.

El estudio, dirigido por el profesor asociado de ciencias farmacéuticas de la OSU Gaurav Sahay, el estudiante de doctorado del Estado de Oregón Marco Herrera-Barrera y la profesora adjunta de oftalmología de la Oregon Health & Science University Renee Ryals, se ha publicado en Science Advances.

Los científicos superaron la principal limitación del uso de nanopartículas lipídicas, o SLN y NLC , para transportar material genético con fines de terapia visual: conseguir que lleguen a la parte posterior del ojo, donde se encuentra la retina.

Tras inyectar este modelo de terapia génica basado en nanopartículas en los ojos de ratones y primates no humanos, el equipo de investigación utilizó diversas técnicas de imagen para examinar los ojos previamente tratados. El tejido retiniano de los animales se tiñó de verde, lo que demuestra que la nanopartícula lipídica (SLN y NLC) llegó a los fotorreceptores y que el ARNm que contenía penetró en la retina y creó la proteína verde fluorescente. Es la primera vez que se sabe que las nanopartículas lipídicas se dirigen a los fotorreceptores de un primate no humano.

Los científicos trabajan actualmente en una investigación complementaria para cuantificar la cantidad de proteína verde fluorescente que se expresa en la retina de modelos animales. También están trabajando para desarrollar una terapia con ARNm portador del código de las moléculas de edición genética.

Los lípidos son ácidos grasos y compuestos orgánicos similares, incluidos muchos aceites y ceras naturales. Las nanopartículas son diminutos fragmentos de material cuyo tamaño oscila entre una y cien milmillonésima parte de un metro. El ARN mensajero da instrucciones a las células para fabricar una proteína determinada.

En el caso de las vacunas contra el coronavirus, el ARN mensajero transportado por unas nanopartículas lipídicas (SLN y NLC) da instrucciones a las células para que fabriquen un fragmento inofensivo de la proteína de la espiga del virus, lo que desencadena una respuesta inmunitaria del organismo. Como terapia contra las distrofias hereditarias de la retina (DHR), el ARNm instruiría a las células fotorreceptoras, defectuosas debido a una mutación genética, a fabricar las proteínas necesarias para la visión.

Las DHR engloban un grupo de trastornos de gravedad y prevalencia variables que afectan a una de cada mil personas en todo el mundo.

Los científicos demostraron, en investigaciones con ratones y primates no humanos, que las nanopartículas lipídicas (SLN y NLC) equipadas con péptidos eran capaces de atravesar las barreras del ojo y llegar a la retina neural, donde la luz se convierte en señales eléctricas que el cerebro convierte en imágenes.

«Identificamos un nuevo conjunto de péptidos capaces de llegar a la parte posterior del ojo», explica Sahay. «Utilizamos estos péptidos para que actúen como códigos postales y lleven nanopartículas portadoras de materiales genéticos a la dirección prevista dentro del ojo».

«Los péptidos que hemos descubierto pueden utilizarse como ligandos diana directamente conjugados con ARN silenciadores, pequeñas moléculas para terapéutica o como sondas de imagen», añadió Herrera-Barrera.

«Más de 250 mutaciones genéticas se han relacionado con enfermedades hereditarias de la retina, pero sólo una cuenta con una terapia génica aprobada«, añadió la coautora del estudio, la doctora Renee Ryals, profesora adjunta de Oftalmología en la Facultad de Medicina de la OHSU y científica del Instituto Oftalmológico Casey de la OHSU. «La mejora de las tecnologías utilizadas para la terapia génica puede proporcionar más opciones de tratamiento para prevenir la ceguera. Las conclusiones de nuestro estudio demuestran que las nanopartículas lipídicas podrían ayudarnos a conseguirlo.»

«Nuestro péptido es como un código postal, y las nanopartículas lipídicas son similares a un sobre que envía la terapia génica por correo», explicó el autor correspondiente del estudio, el doctor Gaurav Sahay, profesor asociado de la Facultad de Farmacia de la OSU, que también tiene un puesto conjunto de investigación en el Instituto Oftalmológico Casey de la OHSU. «El péptido garantiza que el ARNm llegue con precisión a los fotorreceptores, células a las que hasta ahora no habíamos podido dirigirnos con nanopartículas lipídicas».

Sahay y Ryals han recibido una subvención de 3,2 millones de dólares del Instituto Nacional del Ojo para seguir estudiando las nanopartículas lipídicas en el tratamiento de la ceguera hereditaria. Dirigirán la investigación sobre el uso de las nanopartículas lipídicas para suministrar una herramienta de edición de genes que podría eliminar los genes defectuosos de las células fotorreceptoras y sustituirlos por genes que funcionen correctamente.

El objetivo de la investigación es desarrollar soluciones para las limitaciones asociadas al principal medio actual de administración para la edición de genes: un tipo de virus conocido como virus adeno-asociado, o AAV.

«El AAV tiene una capacidad de empaquetamiento limitada en comparación con las nanopartículas lipídicas (SLN y NLC) y puede provocar una respuesta del sistema inmunitario», explica Sahay. «Además, no expresa muy bien las enzimas que la herramienta de edición utiliza como tijeras moleculares para hacer cortes en el ADN que se va a editar. Esperamos utilizar lo que hemos aprendido hasta ahora sobre las nanopartículas lipídicas (SLN y NLC) para desarrollar un sistema de administración de editores genéticos mejorado.»

El estudio sobre las nanopartículas lipídicas (SLN y NLC) guiadas por péptidos fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud. También participaron en la investigación para el Estado de Oregón los profesores de la Facultad de Farmacia Oleh Taratula y Conroy Sun, los investigadores postdoctorales Milan Gautam y Mohit Gupta, los estudiantes de doctorado Antony Jozic y Madeleine Landry, el asistente de investigación Chris Acosta y el estudiante Nick Jacomino, un estudiante de bioingeniería de la Facultad de Ingeniería que se graduó en 2020.

 

Traducción: Asociación Mácula Retina

 

Fuente