CRISPR en la cúspide: la promesa y los puntos débiles

Publicado: 10 de julio de 2023 Por Natalia Mesa

En la foto: enzima de edición del genoma CRISPR-Cas9/iStock, Artur Plawgo

Los pacientes con angioedema hereditario tratados con NTLA-2002 de Intellia, una terapia CRISPR-Cas9 in vivo, tuvieron una reducción promedio del 95 % en los ataques repentinos y debilitantes de hinchazón que son un sello distintivo de la enfermedad, y algunos pacientes permanecieron libres de ataques durante más de al año, según los datos actualizados de la Fase I presentados en junio. Pero a pesar del potencial de la edición genética para aliviar o incluso curar enfermedades genéticas, persisten dudas sobre la seguridad y eficacia de las técnicas.

Los ensayos CRISPR anteriores han provocado efectos secundarios adversos o, en raras ocasiones, incluso la muerte. En mayo, un participante en un ensayo N de 1 sobre distrofia muscular de Duchenne murió después de haber reaccionado potencialmente al virus que porta la terapia de edición genética.

Cuando se inyecta sistémicamente, el hígado absorbe muchos vectores de entrega de edición de genes. Si bien la mayoría de los vectores de liberación son bien tolerados por la mayoría de las personas, en dosis altas, algunos pueden provocar inflamación que puede provocar toxicidad. El diseño de vectores que lleguen a órganos además del hígado ha planteado importantes obstáculos para los científicos. Otro peligro son los efectos fuera del objetivo, donde los editores cambian sin darse cuenta partes del código genético sano.

A pesar de estas limitaciones, las innovaciones en los métodos de administración y las tecnologías CRISPR de próxima generación, como la edición básica y primaria, pueden aumentar los tipos de enfermedades que pueden abordarse y tratarse con la edición genética.

Kiran Musunuru, cardiólogo de la Universidad de Pensilvania, dijo a BioSpace que, aunque aún son tempranos, los resultados parecen prometedores para el número limitado de pacientes que han recibido el fármaco de Intellia.

CRISPR ha avanzado rápidamente desde que se inventó la tecnología hace 10 años. En una decisión histórica que se espera para finales de este año, la FDA podría aprobar una terapia de edición genética ex vivo para la anemia de células falciformes (SCD). Las solicitudes de licencia de productos biológicos, presentadas en abril para exagamglogene autotemcel (exa-cel) en ECF y beta talasemia dependiente de transfusiones (TDT) por Vertex y CRISPR Therapeutics, fueron las primeras solicitudes de edición de genes CRISPR aceptadas por la FDA. El regulador ha fijado las fechas del PDUFA del 8 de diciembre de 2023 y el 30 de marzo de 2024, respectivamente.

"La primera aprobación de la FDA de un nuevo tipo de tecnología, en este caso, medicamentos de edición genética programables, es un gran hito", dijo a BioSpace David Liu, biólogo molecular del Instituto Broad y profesor de Harvard.

Hay más de 50 ensayos clínicos en humanos para tecnologías de edición de genes tanto in vivo como ex vivo en las primeras etapas, dijo Liu, y aproximadamente 40 están basados ​​en CRISPR. Estas terapias se están probando para detectar trastornos sanguíneos, cáncer, infecciones crónicas, enfermedades hepáticas, deficiencias inmunitarias y más.

Pero el espacio in vivo ha progresado más lentamente. El primer paciente que recibió una terapia CRISPR in vivo lo hizo en 2020 en un ensayo clínico para el tratamiento de Editas Medicine para la amaurosis congénita de Leber (LCA), un tipo de ceguera genética causada por un cambio de un solo nucleótido en un gen fotorreceptor de la retina.

Después del tratamiento con EDIT-101, algunos pacientes tuvieron cierta agudeza visual y algunos recuperaron la capacidad de ver el color, según un comunicado de prensa de Editas emitido en noviembre de 2022. Ninguno tuvo efectos adversos. Si bien la terapia funcionó bien para algunos pacientes, fracasó en aproximadamente la mitad, y Editas finalmente canceló el ensayo de Fase I/II.

Eso significa que Intellia es la única empresa que ha presentado datos clínicos para ensayos in vivo que han cumplido los criterios de valoración principales y la única empresa que ha iniciado ensayos de fase II, dijo a BioSpace David Lebwohl, director médico de la empresa.

Musunuru y Liu coincidieron en que el tratamiento de Intellia parece funcionar bien, pero debido a su método de administración a través de nanopartículas lipídicas (LNP), NTLA-2002 se limita al tratamiento de enfermedades raras que se originan en el hígado. Si se administran por vía intravenosa, las LNP son absorbidas por el hígado, lo que ocurre con muchos otros vectores de administración para estudios de edición de genes in vivo, dijo Musunuru.

La terapia también utiliza el sistema CRISPR-Cas9 original, que según Musunuru es útil para desactivar genes, "pero hay un conjunto limitado de enfermedades para las cuales desactivar un gen es terapéuticamente útil".

CRISPR-Cas9 fue desarrollado por primera vez por el laboratorio de Jennifer Doudna en la Universidad de California, Berkeley. Desde entonces, la edición básica y la edición primaria han ampliado la cantidad de enfermedades a las que potencialmente puede atacar la edición genética.

El sistema CRISPR-Cas9 funciona escindiendo la doble hélice del ADN en una secuencia de nucleótidos específica, explicó Liu. Cas9, una nucleasa, corta el ADN de la célula en un lugar específico, después de lo cual las enzimas reparadoras endógenas de la célula vuelven a unir las hebras. Cas9 sigue cortando el ADN en el mismo lugar hasta que, por casualidad, la maquinaria de reparación de la célula comete un error e inserta el nucleótido equivocado.

El resultado es una secuencia de ADN editada genéticamente, que Cas9 ya no reconoce. Pero lo más importante es que no se puede controlar lo que inserta la célula, dijo Liu. Esta tecnología a menudo funciona bien si se desea eliminar la función de una proteína disfuncional, pero no tanto si se busca reemplazar un gen defectuoso.

CRISPR-Cas9 tiene ventajas. Es muy modular, dijo Lebwohl, lo que permitió a Intellia cambiar sólo una secuencia de ARN mensajero (ARNm) para permitir una terapia completamente nueva.

Sin embargo, Liu dijo que una limitación importante de esta tecnología es que provoca roturas en la doble cadena, lo que provoca mutaciones desfavorables y efectos fuera del objetivo. Por otro lado, la edición principal y la edición base se basan simplemente en cortar una hebra de la doble hélice, lo que permite a los investigadores editar el ADN sin roturas de la doble hebra y, potencialmente, hacerlos más seguros. "Se estima que cada célula humana sufre unas 10.000 mellas al día porque las mellas son una parte natural de la reparación y la replicación del ADN", dijo.

Liu, cofundador de Prime Medicine y Beam Therapeutics, ambas compañías de edición de genes, dijo que la edición de bases permite a los científicos sustituir ciertos nucleótidos únicos del ADN, lo que podría permitir el desarrollo de medicamentos para enfermedades causadas por mutaciones puntuales, donde se agrega una sola base de nucleótido. , eliminado o modificado.

Esto hace que los editores de bases sean muy adecuados para tratar algunas formas de enfermedad por almacenamiento de glucógeno y una forma de beta-talasemia, las cuales pueden ocurrir debido a polimorfismos patógenos de un solo nucleótido.

Sin embargo, los editores de bases solo pueden cambiar purinas por purinas y pirimidinas por pirimidinas y son vulnerables a cambiar también los nucleótidos vecinos. Las versiones más antiguas de la tecnología pueden tener efectos no deseados en otras porciones del ADN, añadió Liu, debido a la actividad promiscua de la enzima desaminasa, que ayuda a convertir nucleótidos en otros nucleótidos durante la edición de bases.

Los editores principales permiten a los investigadores reemplazar tramos de genes y realizar una amplia gama de sustituciones, inserciones y eliminaciones, dijo Liu. Son extremadamente específicas pero menos eficientes que las otras tecnologías.

"Los editores principales son muy versátiles", dijo Liu. "Los editores principales de la generación actual pueden básicamente reemplazar cualquier segmento de ADN de hasta varios cientos de pares de bases con cualquier segmento de ADN [de la misma longitud]". Debido a que permiten a los investigadores insertar largas secuencias de ADN en las células, estas tecnologías podrían usarse para tratar enfermedades como Tay Sachs, causada por una gran mutación por deleción.

CRISPR-Cas9, la edición principal y la edición base se han validado en modelos animales de enfermedades genéticas humanas, y CRISPR-Cas9 y la edición base ahora han entrado en ensayos clínicos en humanos. Liu dijo que espera que la tecnología de Prime Medicine llegue a la clínica el próximo año.

Musunuru dijo que la entrega es el área donde más se necesita innovación. Muchas terapias in vivo se han dirigido al ojo y al hígado, principalmente debido a la facilidad de administración del vector.

Una vez que ingresan a la sangre, las LNP y otros vectores de liberación, incluidos los virus adenoasociados (AAV), son absorbidos por el hígado, dijo Lebwohl. Pueden administrar terapias genéticas de manera eficiente a los hepatocitos, pero otros órganos han demostrado ser más difíciles.

Los vectores virales pueden diseñarse para atacar células específicas, pero son inmunogénicos y potencialmente tóxicos en dosis altas, dijo Liu. Recientemente, los científicos han comenzado a diseñar AAV dirigidos específicamente a órganos como los músculos para que puedan usarse en dosis más bajas. Los investigadores también están mejorando las tecnologías que no son AAV, buscando formas de superar la barrera hematoencefálica y potencialmente apuntar al cerebro.

Lebwohl dijo que Intellia espera pasar a la Fase III con NTLA-2002, pero la compañía aún se encuentra en las primeras etapas del reclutamiento de la Fase II, lo que significa que pueden pasar años antes de que se apruebe la terapia. Si NTLA-2002 (y los tratamientos basados ​​en CRISPR-Cas9 en general) son bien tolerados a largo plazo se requieren estudios de seguimiento, afirmó. "Estamos hablando de cinco, seis o siete décadas de pacientes que no necesitarán un medicamento si esto se mantiene en el largo plazo".

Si bien todavía queda mucho trabajo por hacer, Liu dijo que la aprobación de la FDA de la primera terapia de edición genética CRISPR representaría un paso importante para la humanidad, ya que significaría que los humanos tendrían algo que decir sobre sus características genéticas y no serían rehenes de las mutaciones.

Natalia Mesa es una escritora científica independiente que vive en Seattle. Comuníquese con ella en [email protected].

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