p Um dos avanços recentes mais notáveis ​​na pesquisa biomédica foi o desenvolvimento de métodos de edição de genes altamente direcionados, como o CRISPR, que pode adicionar, retirar, ou alterar um gene dentro de uma célula com grande precisão. O método já está sendo testado ou utilizado no tratamento de pacientes com anemia falciforme e cânceres como mieloma múltiplo e lipossarcoma, e hoje, seus criadores Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna receberam o Prêmio Nobel de Química. p Embora a edição de genes seja extremamente precisa em encontrar e alterar genes, ainda não há como direcionar o tratamento para locais específicos do corpo. Os tratamentos testados até agora envolvem a remoção de células-tronco do sangue ou células T do sistema imunológico do corpo para modificá-los, e, em seguida, infundindo-os de volta em um paciente para repovoar a corrente sanguínea ou reconstituir uma resposta imunológica - um processo caro e demorado.

p Com base nas realizações de Charpentier e Doudna, Os pesquisadores da Tufts, pela primeira vez, desenvolveram uma maneira de entregar diretamente pacotes de edição de genes de forma eficiente através da barreira hematoencefálica e em regiões específicas do cérebro, em células do sistema imunológico, ou a tecidos e órgãos específicos em modelos de camundongos. Essas aplicações podem abrir uma linha totalmente nova de estratégia no tratamento de condições neurológicas, assim como câncer, doença infecciosa, e doenças autoimunes.

p Uma equipe de engenheiros biomédicos da Tufts, liderado pelo professor associado Qiaobing Xu, procurou encontrar uma maneira de empacotar o "kit" de edição de genes para que pudesse ser injetado para fazer seu trabalho dentro do corpo nas células-alvo, em vez de em um laboratório.

p Eles usaram nanopartículas de lipídios (LNPs) - pequenas "bolhas" de moléculas de lipídios que podem envolver as enzimas de edição e carregá-las para células específicas, tecidos, ou órgãos. Os lipídios são moléculas que incluem uma longa cauda de carbono, o que ajuda a dar-lhes uma consistência "oleosa", e uma cabeça hidrofílica, que é atraído para um ambiente aquoso.

p Também há tipicamente um nitrogênio, enxofre, ou ligação baseada em oxigênio entre a cabeça e a cauda. Os lipídios se organizam em torno das nanopartículas de bolhas com as cabeças voltadas para fora e as caudas voltadas para dentro, em direção ao centro.

p A equipe de Xu foi capaz de modificar a superfície desses LNPs para que eles possam eventualmente "aderir" a certos tipos de células, fundir-se com suas membranas, e liberar as enzimas de edição de genes nas células para fazer seu trabalho.

p Fazer um LNP direcionado requer alguma elaboração química.

p Ao criar uma mistura de diferentes cabeças, caudas, e linkers, os pesquisadores podem rastrear - primeiro no laboratório - uma ampla variedade de candidatos quanto à sua capacidade de formar LNPs que têm como alvo células específicas. Os melhores candidatos podem ser testados em modelos de mouse, e ainda modificado quimicamente para otimizar o direcionamento e a entrega das enzimas de edição de genes às mesmas células no camundongo.

p "Nós criamos um método para adaptar o pacote de entrega para uma ampla gama de terapêuticas potenciais, incluindo edição de genes, "disse Xu." Os métodos baseiam-se na química combinatória usada pela indústria farmacêutica para desenvolver os próprios medicamentos, mas, em vez disso, estamos aplicando a abordagem para projetar os componentes do veículo de entrega. "

p Em uma peça engenhosa de modelagem química, Xu e sua equipe usaram um neurotransmissor na cabeça de alguns lipídios para ajudar as partículas a cruzar a barreira hematoencefálica, que de outra forma seria impermeável a conjuntos de moléculas tão grandes quanto um LNP.

p A capacidade de fornecer medicamentos com segurança e eficiência através da barreira e no cérebro tem sido um desafio de longa data na medicina. Em um primeiro, O laboratório de Xu entregou um complexo inteiro de RNAs mensageiros e enzimas que compõem o kit CRISPR em áreas específicas do cérebro de um animal vivo.

p Algumas pequenas modificações nos ligantes lipídicos e caudas ajudaram a criar LNPs que poderiam entregar ao cérebro a pequena molécula antifúngica anfotericina B (para tratamento de meningite) e um fragmento de DNA que se liga e desliga o gene que produz a proteína tau ligada ao Alzheimer doença.

p Mais recentemente, Xu e sua equipe criaram LNPs para entregar pacotes de edição de genes em células T em camundongos. As células T podem ajudar na produção de anticorpos, destruir as células infectadas antes que os vírus possam se replicar e se espalhar, e regular e suprimir outras células do sistema imunológico.

p Os LNPs que eles criaram se fundem com as células T no baço ou no fígado - onde normalmente residem - para entregar o conteúdo de edição de genes, que pode então alterar a composição molecular e o comportamento da célula T. É uma primeira etapa no processo de não apenas treinar o sistema imunológico, como se pode fazer com uma vacina, mas, na verdade, projetando-o para combater melhor as doenças.

p A abordagem de Xu para editar genomas de células T é muito mais direcionada, eficiente, e provavelmente mais seguros do que os métodos tentados até agora usando vírus para modificar seu genoma.

p "Ao direcionar as células T, podemos acessar um ramo do sistema imunológico que tem uma enorme versatilidade no combate a infecções, protegendo contra o câncer, e modulando a inflamação e autoimunidade, "disse Xu.

p Xu e sua equipe exploraram ainda mais o mecanismo pelo qual os LNPs podem encontrar seu caminho para seus alvos no corpo. Em experimentos direcionados às células dos pulmões, eles descobriram que as nanopartículas captavam proteínas específicas na corrente sanguínea após a injeção.

p As proteínas, agora incorporado à superfície dos LNPs, tornou-se o principal componente que ajudou os LNPs a alcançar seu alvo. Essas informações podem ajudar a melhorar o projeto de futuras partículas de entrega.

p Embora esses resultados tenham sido demonstrados em camundongos, Xu alertou que mais estudos e ensaios clínicos serão necessários para determinar a eficácia e segurança do método de administração em humanos.