Tecnologia Científica

Os cientistas usam nanopartículas de lipídios para direcionar com precisão a edição de genes para o fígado
Os pesquisadores desenvolveram nanopartículas que carregam um pacote de edição de genes especificamente para o fígado de camundongos, reduzindo com sucesso os níveis de colesterol LDL
Por Tufts University - 01/03/2021


Os pesquisadores desenvolveram nanopartículas que carregam um pacote de edição de genes especificamente para o fígado de camundongos, reduzindo com sucesso os níveis de colesterol LDL "ruim" no sangue. Juntamente com estudos anteriores que demonstram a entrega ao cérebro ou células T, sugere uma possibilidade futura de terapias de edição de genes altamente direcionadas. Crédito: Tufts University

A tecnologia de edição de genoma CRISPR surgiu como uma nova ferramenta poderosa que pode mudar a forma como tratamos doenças. O desafio ao alterar a genética de nossas células, no entanto, é como fazer isso de forma segura, eficaz e direcionada especificamente para o gene, tecido e órgão que precisa de tratamento. Cientistas da Tufts University e do Broad Institute of Harvard e do MIT desenvolveram nanopartículas exclusivas compostas de lipídios - moléculas de gordura - que podem empacotar e entregar maquinaria de edição de genes especificamente para o fígado. Em um estudo publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences, eles mostraram que podem usar as nanopartículas de lipídios (LNPs) para entregar com eficiência a maquinaria CRISPR ao fígado de camundongos, resultando na edição específica do genoma e na redução dos níveis de colesterol no sangue em até 57% - uma redução que pode durar por pelo menos vários meses com apenas uma injeção.

O problema do colesterol alto atinge mais de 29 milhões de americanos, de acordo com os Centros para Controle e Prevenção de Doenças. A condição é complexa e pode se originar de vários genes , bem como de escolhas nutricionais e de estilo de vida, portanto, não é fácil de tratar. Os pesquisadores da Tufts and Broad, no entanto, modificaram um gene que poderia fornecer um efeito protetor contra o colesterol elevado se pudesse ser desativado pela edição do gene.

O gene no qual os pesquisadores se concentraram codifica a enzima semelhante à angiopoietina 3 (Angptl3). Essa enzima diminui a atividade de outras enzimas - lipases - que ajudam a quebrar o colesterol. Se os pesquisadores conseguirem eliminar o gene Angptl3, eles poderão deixar as lipases fazerem seu trabalho e reduzir os níveis de colesterol no sangue. Acontece que algumas pessoas de sorte têm uma mutação natural em seu gene Angptl3, levando a níveis consistentemente baixos de triglicerídeos e colesterol de lipoproteína de baixa densidade (LDL), comumente chamado de colesterol "ruim", em sua corrente sanguínea sem quaisquer desvantagens clínicas conhecidas.

"Se pudermos replicar essa condição eliminando o gene angptl3 em outros, temos uma boa chance de ter uma solução segura e de longo prazo para o colesterol alto", disse Qiaobing Xu, professor associado de engenharia biomédica da Escola de Engenharia e autor correspondente do estudo. "Nós apenas temos que nos certificar de que entregamos o pacote de edição de genes especificamente para o fígado para não criar efeitos colaterais indesejados."

A equipe de Xu foi capaz de fazer exatamente isso em modelos de mouse. Após uma única injeção de nanopartículas lipídicas embaladas com codificação de mRNA para CRISPR-Cas9 e um RNA de guia único direcionado a Angptl3, eles observaram uma redução profunda no colesterol LDL em até 57% e nos níveis de triglicerídeos em cerca de 29%, ambos os quais permaneceram nesses níveis reduzidos por pelo menos 100 dias. Os pesquisadores especulam que o efeito pode durar muito mais do que isso, talvez limitado apenas pela lenta renovação das células no fígado, que pode ocorrer ao longo de um período de cerca de um ano. A redução do colesterol e dos triglicerídeos depende da dose, então seus níveis podem ser ajustados com a injeção de menos ou mais LNPs em uma única injeção, disseram os pesquisadores.
 
Em comparação, uma versão existente aprovada pela FDA de LNPs carregados com mRNA de CRISPR só poderia reduzir o colesterol LDL em no máximo 15,7% e os triglicerídeos em 16,3% quando testado em camundongos, de acordo com os pesquisadores.

O truque para fazer um LNP melhor era personalizar os componentes - as moléculas que se juntam para formar bolhas ao redor do mRNA. Os LNPs são compostos de lipídios de cadeia longa que têm uma cabeça carregada ou polar que é atraída pela água, uma cauda de cadeia de carbono que aponta para o meio da bolha contendo a carga útil e um ligante químico entre eles. Também estão presentes o polietilenoglicol e, sim, até mesmo um pouco de colesterol - que tem um papel normal nas membranas lipídicas para torná-las menos gotejantes - para reter melhor seu conteúdo.

Os pesquisadores descobriram que a natureza e a proporção relativa desses componentes pareciam ter efeitos profundos na entrega de mRNA ao fígado, então eles testaram os LNPs com muitas combinações de cabeças, caudas, ligantes e proporções entre todos os componentes para sua capacidade de direcionar o fígado células. Como a potência in vitro de uma formulação de LNP raramente reflete seu desempenho in vivo, eles avaliaram diretamente a especificidade e eficácia de entrega em camundongos que têm um gene repórter em suas células que acende em vermelho quando ocorre a edição do genoma. No final das contas, eles encontraram um LNP carregado com mRNA de CRISPR que iluminou apenas o fígado de camundongos, mostrando que poderia fornecer ferramentas de edição de genes de forma específica e eficiente ao fígado para fazer seu trabalho.

Os LNPs foram construídos a partir de trabalhos anteriores na Tufts, onde Xu e sua equipe desenvolveram LNPs com até 90% de eficiência na entrega de mRNA às células. Uma característica única dessas nanopartículas era a presença de ligações dissulfeto entre as longas cadeias lipídicas. Fora das células, os LNPs formam uma estrutura esférica estável que bloqueia seu conteúdo. Quando estão dentro de uma célula, o ambiente interno quebra as ligações dissulfeto para desmontar as nanopartículas. O conteúdo é então liberado de forma rápida e eficiente para a célula. Ao prevenir a perda fora da célula, os LNPs podem ter um rendimento muito maior na entrega de seu conteúdo.

"CRISPR é uma das ferramentas terapêuticas mais poderosas para o tratamento de doenças com etiologia genética. Recentemente, vimos a primeira trilha clínica humana para terapia CRISPR habilitada pela entrega de LNP para ser administrada sistemicamente para editar genes dentro do corpo humano. Nosso LNP plataforma desenvolvida aqui tem grande potencial para tradução clínica ", disse Min Qiu, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Xu em Tufts. "Imaginamos que, com esta plataforma LNP em mãos, poderíamos agora tornar o CRISPR uma abordagem prática e segura para tratar um amplo espectro de doenças ou distúrbios hepáticos", disse Zachary Glass, estudante graduado no laboratório de Xu. Qiu e Glass são os co-autores do estudo.

 

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