Em um novo estudo, Os pesquisadores do MIT desenvolveram nanopartículas que podem fornecer o sistema de edição do genoma CRISPR e modificar especificamente genes em camundongos. A equipe usou nanopartículas para transportar os componentes CRISPR, eliminando a necessidade de usar vírus para distribuição.

Usando a nova técnica de entrega, os pesquisadores conseguiram cortar certos genes em cerca de 80 por cento das células do fígado, a melhor taxa de sucesso já alcançada com CRISPR em animais adultos.

"O que é realmente empolgante aqui é que mostramos que você pode fazer uma nanopartícula que pode ser usada para editar permanentemente e especificamente o DNA no fígado de um animal adulto, "diz Daniel Anderson, professor associado do Departamento de Engenharia Química do MIT e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES) do MIT.

Um dos genes-alvo neste estudo, conhecido como Pcsk9, regula os níveis de colesterol. Mutações na versão humana do gene estão associadas a uma doença rara chamada hipercolesterolemia familiar dominante, e o FDA aprovou recentemente duas drogas de anticorpos que inibem a Pcsk9. Contudo, esses anticorpos precisam ser tomados regularmente, e pelo resto da vida do paciente, para fornecer terapia. As novas nanopartículas editam permanentemente o gene após um único tratamento, e a técnica também oferece uma promessa para o tratamento de outras doenças hepáticas, de acordo com a equipe do MIT.

Anderson é o autor sênior do estudo, que aparece na edição de 13 de novembro da Nature Biotechnology . O autor principal do artigo é o cientista de pesquisa do Koch Institute, Hao Yin. Outros autores incluem o professor do Instituto David H. Koch, Robert Langer, do MIT, professores Victor Koteliansky e Timofei Zatsepin do Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo, e o professor Wen Xue da Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts.

Doença de alvo

Muitos cientistas estão tentando desenvolver maneiras seguras e eficientes de fornecer os componentes necessários para CRISPR, que consiste em uma enzima de corte de DNA chamada Cas9 e um RNA curto que guia a enzima para uma área específica do genoma, direcionando Cas9 para onde fazer seu corte.

Na maioria dos casos, pesquisadores contam com vírus para transportar o gene para Cas9, bem como a fita guia de RNA. Em 2014, Anderson, Yin, e seus colegas desenvolveram um sistema de entrega não viral na primeira demonstração de cura de uma doença (o distúrbio hepático da tirosinemia) com CRISPR em um animal adulto. Contudo, este tipo de entrega requer uma injeção de alta pressão, um método que também pode causar alguns danos ao fígado.

Mais tarde, os pesquisadores mostraram que podiam entregar os componentes sem a injeção de alta pressão, empacotando o RNA mensageiro (mRNA) que codifica Cas9 em uma nanopartícula em vez de um vírus. Usando essa abordagem, em que o RNA guia ainda era entregue por um vírus, os pesquisadores foram capazes de editar o gene alvo em cerca de 6 por cento dos hepatócitos, o que é suficiente para tratar a tirosinemia.

Embora essa técnica de entrega seja promissora, em algumas situações, seria melhor ter um sistema de entrega completamente não viral, Anderson diz. Uma consideração é que, uma vez que um determinado vírus é usado, o paciente desenvolverá anticorpos contra ele, portanto, não poderia ser usado novamente. Também, alguns pacientes têm anticorpos pré-existentes para os vírus que estão sendo testados como veículos de entrega CRISPR.

No novo artigo da Nature Biotechnology, os pesquisadores criaram um sistema que fornece Cas9 e o guia de RNA usando nanopartículas, sem necessidade de vírus. Para entregar os RNAs guia, eles primeiro tiveram que modificar quimicamente o RNA para protegê-lo de enzimas no corpo que normalmente o quebrariam antes que pudesse chegar ao seu destino.

Os pesquisadores analisaram a estrutura do complexo formado por Cas9 e o guia de RNA, ou sgRNA, para descobrir quais seções da fita de RNA guia poderiam ser quimicamente modificadas sem interferir na ligação das duas moléculas. Com base nesta análise, eles criaram e testaram muitas combinações possíveis de modificações.

"Usamos a estrutura do complexo Cas9 e sgRNA como guia e fizemos testes para descobrir que podemos modificar até 70 por cento do RNA guia, "Yin diz." Nós poderíamos modificá-lo fortemente e não afetar a ligação de sgRNA e Cas9, e essa modificação aprimorada realmente aumenta a atividade. "

Reprogramação do fígado

Os pesquisadores empacotaram esses guias de RNA modificados (que eles chamam de sgRNA aprimorado) em nanopartículas de lipídios, que eles usaram anteriormente para entregar outros tipos de RNA ao fígado, e os injetou em camundongos junto com nanopartículas contendo mRNA que codifica Cas9.

Eles experimentaram nocautear alguns genes diferentes expressos por hepatócitos, mas concentrou a maior parte de sua atenção no gene Pcsk9 regulador do colesterol. Os pesquisadores conseguiram eliminar esse gene em mais de 80 por cento das células do fígado, e a proteína Pcsk9 era indetectável nesses camundongos. Eles também encontraram uma queda de 35% nos níveis de colesterol total dos ratos tratados.

Os pesquisadores agora estão trabalhando na identificação de outras doenças hepáticas que podem se beneficiar desta abordagem, e avançar essas abordagens para uso em pacientes.

"Acho que ter uma nanopartícula totalmente sintética que pode desligar genes especificamente pode ser uma ferramenta poderosa não apenas para o Pcsk9, mas também para outras doenças, "Anderson diz." O fígado é um órgão muito importante e também uma fonte de doenças para muitas pessoas. Se você pode reprogramar o DNA do seu fígado enquanto ainda o está usando, achamos que há muitas doenças que podem ser tratadas. "

"Estamos muito entusiasmados em ver esta nova aplicação da nanotecnologia abrir novos caminhos para a edição de genes, "Langer acrescenta.