La University of Wisconsin-Madison (UWM) desarrollará una terapia de edición genética para tratar BEST1 y LCA16
Un equipo de investigación multidisciplinario de la Universidad de Wisconsin-Madison ha recibido una subvención U19 de cinco años y $29 millones del Fondo Común de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para desarrollar tratamientos de edición génica CRISPR/Cas9 para dos enfermedades hereditarias de la retina: la enfermedad de Best causada por la mutación R218C en el gen BEST1 y la amaurosis congénita de Leber 16 (LCA16) causada por la mutación W53X en el gen KCNJ13.
Conocido como The CRISPR Vision Program: Plataformas de edición del genoma no viral para tratar canalopatías retinianas hereditarias, la subvención hará avanzar los tratamientos para LCA16 y la enfermedad de Best hacia su evaluación en ensayos clínicos.
Las mutaciones genéticas pueden causar trastornos raros y graves del sistema nervioso. El Somatic Cell Genome Editing Program (SCGP, por sus siglas en inglés) está creando herramientas para editar estas mutaciones genéticas y así poder tratar estos trastornos de manera efectiva. Walter Koroshetz, co-presidente del SCGP y director del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, dice que aunque aún hay desafíos por superar, hay un alto nivel de esperanza para encontrar tratamientos efectivos.
Los investigadores decidieron centrarse en el ojo como punto de partida porque es autónomo y está aislado de otros órganos, así como por su accesibilidad, facilidad de control y reducida probabilidad de reacciones inmunitarias adversas.
«Nuestro enfoque se centra en dos enfermedades diferentes: LCA, un grupo grave y raro que afecta la visión de los niños por completo, y Best Disease, que afecta la visión central de personas mayores y tiene un inicio más lento», dice David Gamm, profesor de oftalmología de la Universidad de Wisconsin-Madison y director del Instituto de Investigación Ocular McPherson. «Al dirigirnos a estas dos enfermedades, podemos obtener una perspectiva más amplia sobre la efectividad de nuestros tratamientos de edición genética».
Krishanu Saha, catedrático de Ingeniería Biomédica del WID y miembro del Consorcio de Edición Genómica de Células Somáticas de los NIH, califica esta subvención de paso crucial para el avance de la terapia de edición genética y el desarrollo de fármacos en el campus.
«La edición del genoma supone un cambio radical», afirma Saha. «La oportunidad de ejecutarlo de una manera segura y significativa para los pacientes, específicamente los pacientes de Wisconsin actualmente diagnosticados con una de estas enfermedades, sería una agradable recompensa de por qué hacemos el trabajo y por qué está financiado con fondos públicos.»
La edición del genoma consiste en empalmar o cortar el ADN en un punto concreto, o insertar una plantilla de ADN que sustituya al punto de corte. Esto puede corregir mutaciones causantes de enfermedades eliminando o sustituyendo la secuencia mutada. A pesar de los importantes avances de la tecnología de edición genética CRISPR, hasta ahora ha dado lugar a pocas terapias farmacológicas útiles. Esto se debe principalmente a que, aunque CRISPR puede modificar el ADN de una sola célula, para que el tratamiento sea eficaz es necesario tratar miles de millones de células.
En primer lugar, para garantizar que una terapia es segura y eficaz para los pacientes, se necesita un sistema modelo que imite lo que ocurriría en un paciente, sin poner en riesgo su seguridad.
«Esto puede hacerse mediante modelos animales o sistemas basados en células cultivadas en laboratorio», dice Gamm. «Nuestro papel es desarrollar, cultivar y mantener el sistema basado en células para las pruebas».
Además, la mayor parte de la tecnología CRISPR utiliza un sistema de administración de virus que actualmente se ve obstaculizado por efectos no deseados externos al objetivo, como una menor durabilidad, reacciones inmunitarias indeseables y dificultades en la cadena de suministro. Para superar estas limitaciones, el proyecto pretende aprovechar la nanotecnología para desarrollar métodos novedosos de administración eficaz del editor de genes CRISPR.
Shaoqin «Sarah» Gong, catedrática de oftalmología y ciencias visuales e ingeniería biomédica de la UW-Madison, dirigirá uno de los métodos de administración.
«Desarrollar un sistema de administración seguro y eficaz para el editor genómico CRISPR es esencial para la traslación clínica», afirma Gong.
Su trabajo se centra en una nueva familia de nanopartículas capaces de transportar herramientas de edición genómica a órganos o células diana del organismo y disolverse después sin causar daños.
En el pasado se han planteado problemas de bioseguridad derivados de la expresión prolongada de editores de genes a través de la administración viral. Sin embargo, el laboratorio de Gong ha diseñado nanopartículas biodegradables que pueden liberar editores genómicos de forma que se reduzcan los efectos de la edición fuera del objetivo.
Los primeros estudios no han mostrado efectos adversos en cultivos celulares humanos ni en modelos de ratón. Con la ayuda de la subvención U19, el equipo pretende optimizar las fórmulas de las nanopartículas para aumentar la eficacia de la edición, desarrollar un proceso de fabricación y evaluar la bioseguridad y eficacia en primates no humanos. Así se conseguirá una terapia de edición génica ocular basada en nanopartículas más segura y eficaz.
Otro enfoque para mejorar la administración de terapias de edición genómica consiste en una asociación con la empresa de biotecnología Spotlight Therapeutics. Esta empresa californiana utilizará un procedimiento múltiple para resolver los problemas de administración mediante proteínas y péptidos. También se centrarán en agilizar la parte industrial del desarrollo de fármacos terapéuticos, desde la conceptualización hasta la aplicación.
«Este proyecto podría tener un impacto potencialmente duradero», señala Saha. «Sólo intentarlo ya es mucho. Es un largo camino desde la fase de diseño con papel y lápiz hasta la formulación de terapias eficaces con un impacto para toda la vida. Se necesita mucha inversión. El hecho de que estemos reuniendo los recursos y las personas aquí en Madison lo hace realmente emocionante y significativo».
Otro reto es económico. Las patologías y enfermedades raras no son atractivas para la industria farmacéutica porque el mercado no puede sostener los millones de dólares y el tiempo que lleva invertir en los recursos necesarios para demostrar que las terapias de edición genómica son seguras y eficaces.
«Esta subvención nos ofrece los recursos necesarios para mejorar los procesos, desarrollar un sistema modelo de tratamiento de pacientes seguro y eficaz y mejorar la función visual. Aunque puede que no eliminen la enfermedad por completo, el objetivo es crear una mejora significativa», afirma Gamm.
La enfermedad de Best es una forma de degeneración macular hereditaria que puede provocar una pérdida grave de la visión central. La LCA16 provoca una importante pérdida de visión central y periférica en niños pequeños. Las mutaciones genéticas de ambas enfermedades afectan a la función y la salud de las células del epitelio pigmentario de la retina (EPR), que proporcionan un apoyo fundamental a los fotorreceptores, las células de la retina que procesan la luz para hacer posible la visión. La pérdida y la disfunción de las células del EPR conducen a la pérdida de fotorreceptores.
La edición génica CRISPR/Cas9 es un enfoque terapéutico innovador que funciona como un par de tijeras moleculares para cortar o modificar la región mutada del gen. La edición génica es diferente de la terapia génica (de sustitución). En la terapia génica, se envían a la retina copias de un gen completamente nuevo para sustituir a las copias defectuosas. En la edición génica CRISPR/Cas9, sólo se corrige la región mutada del gen.
Tanto en el proyecto LCA16 como en el de la enfermedad de Best, los investigadores utilizarán células madre pluripotentes inducidas (iPSC) para crear modelos humanos de las enfermedades y evaluar los tratamientos CRISPR/Cas9. El equipo extraerá una pequeña muestra de células de la piel o la sangre de los pacientes y las modificará para que vuelvan a un estado similar al de las células madre. A continuación, se persuadirá a las células para que se diferencien en células del EPR. El equipo también evaluará el tratamiento LCA16 CRISPR/Cas9 en un modelo de ratón.
Los investigadores evaluarán dos métodos de administración no virales para tratamientos innovadores. Uno de ellos utilizará nanopartículas (diminutas partículas artificiales con un diámetro inferior al de un cabello humano) para administrar el tratamiento CRISPR/Cas9 a las células del EPR. El otro método utilizará ribonucleoproteínas (RNP) para administrar el tratamiento. Las RNP pueden modificarse con un anticuerpo dirigido a las células y un péptido de penetración celular para facilitar la administración del tratamiento CRISPR/Cas9 en las células y permitir una edición eficaz del ADN diana. Tanto las nanopartículas como los sistemas de administración de RNP pueden reducir potencialmente el riesgo de inflamación y de edición no deseada. Estos parámetros pueden ofrecer oportunidades para una redosificación segura de la terapia, superando potencialmente una limitación clave de las terapias génicas virales tradicionales.
En la imagen: imágenes microscópicas que muestran el proceso de corregir mutaciones heredadas en células humanas mediante la edición del genoma. Las proteínas de canal dentro de las células están marcadas en rojo y verde, mientras que el núcleo de cada célula, que contiene el código genético, está marcado en azul. La investigación liderada por UW-Madison se enfoca en desarrollar terapias de edición génica para tratar la ceguera en humanos. La edición del genoma es una técnica que permite hacer cambios precisos en el ADN de un organismo.
Traducción: Asociación Mácula Retina
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