A terapia gaªnica éuma poderosa tecnologia em desenvolvimento com potencial para tratar inaºmeras doena§as. Por exemplo, a doença de Huntington, uma doença neurodegenerativa, écausada por uma mutação em um aºnico gene, e se os pesquisadores pudessem ir em células especa­ficas e corrigir esse defeito, teoricamente essas células poderiam recuperar a função normal.

Um grande desafio, no entanto, tem sido criar os "vea­culos de entrega" certos que podem transportar genes e moléculas para as células que precisam de tratamento, evitando as células que não precisam.

Agora, uma equipe liderada por pesquisadores do Caltech desenvolveu um sistema de entrega de genes que pode atingir especificamente as células do cérebro, evitando o fa­gado. Isso éimportante porque uma terapia genanãtica destinada a tratar um distaºrbio no cérebro, por exemplo, também pode ter o efeito colateral de criar uma resposta imune ta³xica no fa­gado, daa­ o desejo de encontrar vea­culos de entrega que va£o apenas para o alvo pretendido. As descobertas foram mostradas em modelos de camundongos e saguis, um passo importante para traduzir a tecnologia em humanos.

Um artigo descrevendo as novas descobertas foi publicado na revista Nature Neuroscience em 9 de dezembro. A pesquisa foi liderada por Viviana Gradinaru (BS '05), professora de Neurociênciae engenharia biológica e diretora do Center for Molecular and Cellular Neuroscience .

A chave para essa tecnologia éo uso de va­rus adeno-associados, ou AAVs, que hámuito são considerados candidatos promissores para uso como vea­culos de entrega. Ao longo de milhões de anos de evolução, os va­rus desenvolveram maneiras eficientes de obter acesso a s células humanas e, durante décadas, os pesquisadores desenvolveram manãtodos para aproveitar as habilidades semelhantes aos cavalos de Tra³ia dos va­rus para benefa­cio humano.

Os AAVs são compostos de dois componentes principais: uma camada externa, chamada de capsa­deo, que éconstrua­da a partir de protea­nas; e o material genanãtico encerrado dentro do capsa­deo. Para usar AAVs recombinantes para terapia gaªnica, os pesquisadores removem o material genanãtico do va­rus do capsa­deo e o substituem pela carga desejada, como um gene especa­fico ou informações de codificação para pequenas moléculas terapaªuticas.

"Os AAVs recombinantes são privados da capacidade de se replicar, o que deixa uma ferramenta poderosa que ébiologicamente projetada para ganhar entrada nas células", disse o estudante David Goertsen, coautor do artigo. "Podemos aproveitar essa biologia natural para derivar ferramentas especializadas para pesquisas em Neurociênciae terapia genanãtica."

A forma e composição do capsa­deo éuma parte cra­tica de como o AAV entra em uma canãlula. Pesquisadores do laboratório Gradinaru tem trabalhado por quase uma década na engenharia de capsa­deos de AAV que cruzam a barreira hematoencefa¡lica (BBB) e no desenvolvimento de manãtodos para selecionar a favor e contra certas caracteri­sticas , resultando em vetores virais mais específicos para certos tipos de células dentro do cérebro.

No novo estudo, a equipe desenvolveu capsa­deos de cruzamento de BBB, com um em particular —AAV.CAP-B10 — que éeficiente para entrar nas células cerebrais, especificamente neura´nios, evitando muitos alvos sistemicos, incluindo células do fa­gado. a‰ importante ressaltar que tanto a especificidade neuronal quanto a diminuição da segmentação do fígado mostraram ocorrer não apenas em camundongos, um animal comum de pesquisa, mas também em saguis de laboratório.

"Com esses novos capsa­deos, a comunidade de pesquisa pode agora testar várias estratanãgias de terapia gaªnica em roedores e saguis e reunir as evidaªncias necessa¡rias para levar essas estratanãgias a  cla­nica", diz Gradinaru. "O tropismo neuronal e a redução da segmentação do fígado para os quais fomos capazes de projetar os capsa­deos do AAV são caracteri­sticas importantes que podem levar a opções de tratamento mais seguras e eficazes para distúrbios cerebrais."

O desenvolvimento de uma variante do capsa­deo de AAV que funciona bem em primatas não humanos éum passo importante para a tradução da tecnologia para uso em humanos, uma vez que as variantes anteriores dos capsa­deos de AAV não tiveram sucesso em primatas não humanos. A abordagem sistema¡tica in vivo do laboratório Gradinaru , que usa um processo chamado evolução direcionada para modificar os capsa­deos do AAV em vários locais, tem obtido sucesso na produção de variantes que podem cruzar os BBBs de diferentes linhagens de camundongos e, como mostrado neste estudo, em saguis.

"Os resultados desta pesquisa mostram que a introdução de diversidade em vários locais nasuperfÍcie do capsa­deo do AAV pode aumentar a eficiência da expressão do transgene e a especificidade neuronal", disse Gradinaru. "O poder da engenharia do AAV para conferir novos tropismos e especificidade de tecido, como mostramos para o cérebro versus o fa­gado, ampliou o potencial de pesquisa e aplicações pré-cla­nicas que podem permitir novas abordagens terapaªuticas para doenças do cérebro."

O artigo éintitulado "Variantes do capsa­deo de AAV com expressão do transgene em todo o cérebro e diminuição da segmentação do fígado após a administração intravenosa em camundongos e saguis". Goertsen; Nicholas Flytzanis (PhD '18), ex-diretor cienta­fico do Centro de Pesquisa em Engenharia de Vetor CLARITY, Optogenanãtica e Vetor (CLOVER) do Instituto Beckman da Caltech; e o ex-bolsista de pa³s-doutorado da Caltech, Nick Goeden, são coautores. Outros coautores são o estudante de graduação Miguel Chuapoco e os colaboradores Alexander Cummins, Yijing Chen, Yingying Fan, Qiangge Zhang, Jitendra Sharma, Yangyang Duan, Liping Wang, Guoping Feng, Yu Chen, Nancy Ip e James Pickel.

O financiamento foi fornecido pela Defense Advanced Research Projects Agency, pelo National Institutes of Health e pelo National Sciences and Engineering Research Council do Canada¡.

Flytzanis, Goeden e Gradinaru são cofundadores da Capsida Biotherapeutics, uma empresa startup liderada pela Caltech formada para desenvolver pesquisas AAV em terapaªuticas.