Engenharia de entrega inteligente para editores de genes
Restaurar a visão: nova esperança para as doenças genéticas e as terapias contra o cancro
Uma equipa de investigação da Helmholtz Munich e da Universidade Técnica de Munique desenvolveu um sistema de entrega avançado que transporta ferramentas de edição de genes baseadas no sistema de edição de genes CRISPR/Cas9 para células vivas com uma eficiência significativamente maior do que antes. A sua tecnologia, ENVLPE, utiliza partículas não infecciosas semelhantes a vírus para corrigir com precisão genes defeituosos - o que foi demonstrado com sucesso em modelos vivos de ratos cegos devido a uma mutação. Este sistema também é promissor para o avanço da terapia do cancro, ao permitir a manipulação genética precisa de células imunitárias modificadas, tornando-as mais universalmente compatíveis e, por conseguinte, mais acessíveis a um grupo maior de doentes com cancro.
Superar os desafios da entrega na edição de genes
As técnicas modernas de edição do genoma, incluindo os sistemas CRISPR, têm um grande potencial para o tratamento de doenças genéticas. No entanto, a entrega destas ferramentas moleculares de forma fiável às células-alvo continua a ser um desafio significativo.
"Os sistemas de entrega virais e não virais anteriores, como os vírus adeno-associados (AAV), as nanopartículas lipídicas (LNP) e outras partículas semelhantes a vírus (VLP), têm sido valiosos, mas enfrentam limitações", afirma o Dr. Dong-Jiunn Jeffery Truong, último autor do estudo e líder do grupo no Instituto de Biomedicina Sintética da Helmholtz Munique. "Os desafios incluem o aumento da persistência dos editores de genes, que podem causar reacções imunitárias, ou simplesmente a sua eficiência limitada. O ENVLPE aborda diretamente estas questões, ao mesmo tempo que a sua conceção modular mantém a compatibilidade com futuros avanços na edição de genes".
O ENVLPE baseia-se em invólucros modificados, não infecciosos, derivados de vírus. Estes actuam como portadores de editores de genes moleculares, tais como editores de base ou de primeria linha - ferramentas CRISPR especializadas que podem alterar quimicamente bases únicas de ADN no genoma e remover ou inserir novas sequências de ADN. A conceção da ENVLPE resolve o desafio logístico dos métodos anteriores durante a produção das VLP, sequestrando o mecanismo de transporte intracelular para que todos os componentes se juntem no momento e no local certos.
Os métodos anteriores incluíam frequentemente editores de genes parcialmente montados e não funcionais, reduzindo a eficácia da entrega. "Agora, o ENVLPE não só garante a embalagem de editores de genes totalmente montados, como também contém um escudo molecular extra que protege a parte mais vulnerável do editor da degradação durante o transporte", explica Truong. "Isto permite que as ferramentas genéticas sejam entregues em segurança nas células alvo, onde a edição de ADN pretendida pode ter lugar."
Restaurar a visão: Edição de genes em ação
Em estreita colaboração com uma equipa liderada pelo Prof. Krzysztof Palczewski, professor de oftalmologia na UC Irvine, os cientistas testaram o sistema ENVLPE num modelo de ratinho com cegueira hereditária. "Os ratinhos são portadores de uma mutação incapacitante no gene Rpe65, essencial para a produção de moléculas sensíveis à luz na retina, pelo que são totalmente cegos e não reagem à luz", explica Samuel W. Du, coautor e candidato a MD/PhD na UC Irvine. Depois de injetar o ENVLPE no espaço subretiniano (a zona entre o epitélio pigmentar da retina e os fotorreceptores) para corrigir a mutação, os animais começaram a responder novamente aos estímulos luminosos. "A extensão da restauração foi surpreendente", diz Julian Geilenkeuser, coautor do estudo e investigador de doutoramento no Instituto de Biomedicina Sintética. "Isto mostrou-nos que as nossas partículas têm um verdadeiro potencial terapêutico num animal vivo".
Em comparação com os sistemas estabelecidos, o ENVLPE obteve resultados significativamente melhores: um sistema concorrente necessitou de mais de 10 vezes a dose para atingir efeitos semelhantes. "O nosso objetivo era construir uma ferramenta que fosse simultaneamente útil para os investigadores e adequada para aplicações no mundo real", afirma Niklas Armbrust, também coautor e investigador de doutoramento no Instituto de Biomedicina Sintética. "Resolvemos estrangulamentos críticos e conseguimos uma embalagem muito mais eficiente por parte dos agentes de entrega".
Avançar na terapia do cancro com células T universais
O ENVLPE poderá também abrir novas possibilidades para terapias adoptivas com células T, em que as células imunitárias retiradas do doente são geneticamente modificadas em laboratório para que possam reconhecer e atacar especificamente as células tumorais. Em colaboração com o laboratório da Dra. Andrea Schmidts no Hospital Universitário TUM, o ENVLPE facilitou a remoção orientada de moléculas de superfície específicas que poderiam desencadear uma resposta imunitária quando as células são administradas a um recetor diferente do dador. Isto poderá levar ao desenvolvimento das chamadas células T "universais" que não precisam de ser personalizadas para cada doente, tornando os tratamentos mais acessíveis e económicos.
Estas inovações abordam desafios críticos tanto nas terapias genéticas in vivo para doenças geneticamente herdadas como nas terapias celulares ex vivo para o cancro, abrindo caminho para importantes avanços translacionais. "Gil Westmeyer, Diretor do Instituto de Biomedicina Sintética e Professor de Engenharia Neurobiológica na TUM e coautor principal do estudo. "É um exemplo de como a biologia sintética pode ajudar a impulsionar a inovação médica".
Rumo à utilização clínica
Tendo agora conseguido uma entrega altamente eficiente das ferramentas de edição de genes mais comuns, a equipa procura agora utilizar a diversidade encontrada na natureza, juntamente com os recentes avanços na conceção de proteínas assistidas por IA, para aumentar a precisão do alvo, restringindo a entrega destas ferramentas apenas a tipos específicos de células ou tecidos. Para fazer avançar o ENVLPE para a aplicação clínica, a equipa de investigação está a tentar obter financiamento de acompanhamento através de bolsas de translação e parcerias na indústria farmacêutica. O objetivo é otimizar a tecnologia para várias aplicações terapêuticas e, em última análise, torná-la disponível para os doentes.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Julian Geilenkeuser, Niklas Armbrust, Emily Steinmaßl, Samuel W. Du, Sebastian Schmidt, Eva Maria Hildegard Binder, Yuchun Li, Niklas Wilhelm Warsing, ... Andrea Schmidts, Arie Geerlof, Krzysztof Palczewski, Gil Gregor Westmeyer, Dong-Jiunn Jeffery Truong; "Engineered nucleocytosolic vehicles for loading of programmable editors"; Cell
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