CRISPR tratam doença genética em mamífero adulto
Charles Gersbach, professor associado de engenharia biomecânica |
Os investigadores usaram as
CRISPR para tratar um rato adulto modelo de distrofia muscular de Duchenne.
Esta é a primeira vez que as CRISPR trataram com sucesso uma doença genética
dentro de um mamífero vivo totalmente desenvolvido com uma estratégia que tem o
potencial de ser traduzido para terapia humana.
Investigadores da
Universidade Duke (NC, EUA) tinham usado anteriormente as CRISPR para corrigir
mutações genéticas em células cultivadas a em pacientes com Duchenne, e outros
laboratórios tinha corrigido genes em embriões de uma única célula num ambiente
de laboratório. Mas a última abordagem não é atualmente ética para tentar nos
seres humanos, e a primeira enfrenta muitos obstáculos na entrega de células
tratadas de volta aos tecidos musculares.
Outra abordagem, que envolve
levar as CRISPR diretamente aos tecidos afetados através de técnicas de terapia
genética, também enfrenta desafios, particularmente com a entrega. No novo
estudo, investigadores da Universidade Duke superaram vários desses obstáculos
por meio de um portador não-patogénico chamado vírus adeno-associado, ou AAV,
para entregar o sistema de edição genética.
O trabalho aparece no número
de 31 de dezembro de 2015 na revista Science.
"As recentes discussões
sobre o uso das CRISPR para corrigir mutações genéticas em embriões humanos tem
justamente gerado preocupação considerável sobre as implicações éticas de tal
abordagem", disse Gersbach, professor associado de engenharia biomédica na
Universidade Duke. "Mas usar as CRISPR para corrigir mutações genéticas
nos tecidos afetados de pacientes doentes não está em debate. Esses estudos
mostram um caminho onde isso é possível, mas ainda há uma quantidade
considerável de trabalho a fazer."
A distrofia muscular de
Duchenne é causada por problemas com a capacidade do organismo em produzir
distrofina, uma proteína de cadeia longa que liga o interior de uma fibra
muscular à sua estrutura de suporte circundante. A distrofina é codificada por
um gene que contém 79 regiões codificantes de proteínas, chamadas exões. Se
qualquer exão recebe uma mutação debilitante, a cadeia não é construída.
Sem
a distrofina a providenciar apoio, o músculo tende a rasgar-se e a
deteriorar-se lentamente.
A Duchenne afeta um em cada
5.000 recém-nascidos do sexo masculino. A maioria dos pacientes está confinada
a uma cadeira de rodas pelos 10 anos de idade em cadeira e não vivem além dos
20 ou 30 anos. A mutação é no cromossoma X, assim as crianças do sexo feminino
com dois cromossomas X devem ter pelo menos uma cópia do gene em funcionamento.
Gersbach tem trabalhado em
potenciais tratamentos genéticos para a Duchenne com vários sistemas de alteração
genética desde o início do seu laboratório na Duke, em 2009. O seu laboratório
recentemente começou a concentrar-se numa versão modificada CRISPR/Cas9 dum
sistema de defesa bacteriano que visa e corta a parte do ADN de vírus invasores
familiares.
Enquanto Gersbach tem tido
sucesso em células cultivadas de pacientes usando um choque de eletricidade
para fazer furos nas suas membranas para entregar o sistema CRISPR, esta
estratégia não era prática em tecidos musculares do paciente.
"Um grande obstáculo
para a edição genética é a entrega. Nós sabemos o que genes precisam para ser
corrigidos em certas doenças, mas ter as ferramentas de edição genética onde são
precisas é um enorme desafio", disse Chris Nelson, o colega no laboratório
de Gersbach que liderou o trabalho. "A melhor maneira que temos de fazer
isso agora é tirar proveito dos vírus, porque gastaram biliões de anos de
evolução para descobrir como obter os seus próprios genes virais em
células."
Nelson e Gersbach começaram
a trabalhar na embalagem de ferramentas de edição genética em vírus AAV - o
vírus mais popular para a entrega de genes atualmente. Foram auxiliados através
de colaborações com especialistas em AAV, Aravind Asokan, professor associado
na Faculdade de Medicina Chapel Hill da Universidade da Carolina do Norte (EUA)
e Dongsheng Duan na Faculdade de Medicina na Universidade do Missouri (EUA).
Duan também proporcionou uma experiência significativa de uma longa história de
trabalho em terapia genética para doenças neuromusculares.
Para usar os vírus como
veículos de entrega para a terapia genética, os investigadores levam todos os
genes nocivos e replicativos para fora do vírus e colocam genes terapêuticos
que querem entregar. Enquanto tipos de vírus precoces não funcionaram bem por
várias razões, tais como a integração no genoma e causando problemas ou
desencadeando respostas imunes, o AAV, até agora, provou ser especial. É um
vírus a que muitas pessoas estão expostas de qualquer maneira e não é
patogênico, mas ainda extremamente eficaz no sentido de conseguir entrar nas
células.
O AAV é utilizado em
diversos ensaios clínicos de fase tardia nos EUA, e que já foram aprovados para
utilização num fármaco de terapia genética na União Europeia. Há também
diferentes versões do AAV que podem preferencialmente ir para diferentes
tecidos, como músculos esqueléticos e cardíacos, por isso os investigadores
podem entregá-los sistematicamente.
Mas
há sempre um senão, e para Gersbach era uma questão de tamanho.
"O AAV é um vírus muito
pequeno e as CRISPR são relativamente grandes", disse Gersbach. "Simplesmente
não encaixa bem, portanto, ainda tínhamos um problema de embalamento."
A solução veio de Feng
Zhang, um investigador no Instituto Broad do Instituto de Tecnologia de
Massachusetts e Harvard (EUA). No início de 2015, Zhang descreveu um sistema
CRISPR duma bactéria diferente do que a comumente usada.
No sistema imune natural
bacteriano, as CRISPR é o tiro certeiro que ajuda a identificar o ADN visado, e
a Cas9 é a lâmina que corta os fios. A proteína Cas9 grande que é tipicamente
usada por investigadores vem das espécies bacterianas Streptococcus pyogenes.
Depois de vasculhar o reino bacteriano, Zhang descobriu a proteína muito menor
Cas9 de Staphylococcus aureus.
Pequena
o suficiente para caber confortavelmente dentro do AAV.
No estudo, os investigadores
trabalharam com um rato modelo que tem uma mutação debilitante num dos exões do
gene da distrofina. Programaram o novo sistema CRISPR/Cas9 para cortar o exão
disfuncional, deixando o sistema de reparação natural do corpo para costurar o
gene remanescente de volta junto para criar uma versão do gene mais curta, mas
funcional.
Além de ser muito mais fácil
e mais eficiente do que a substituição do exão disfuncional por uma cópia que
trabalha, simplesmente cortando fora o elo mais fraco é uma estratégia que
seria eficaz numa faixa maior da população paciente.
Gersbach e a sua equipa
primeiro usaram a terapia diretamente num músculo da perna num rato adulto,
resultando na restauração da distrofina funcional e num aumento da força
muscular. Injetaram então a combinação CRISPR/AAV na corrente sanguínea dum
rato para chegar a todos os músculos. Os resultados mostraram alguma correção
dos músculos por todo o corpo, inclusive o coração - uma grande vitória, porque
a insuficiência cardíaca é muitas vezes a causa de morte de pacientes com
Duchenne.
"Ainda há uma
quantidade significativa de trabalho a fazer para traduzir isto para a terapia
humana e demonstrar a segurança", disse Gersbach. "Mas estes
resultados provenientes das nossas primeiras experiências são muito emocionantes.
A partir daqui, vamos estar a otimizar o sistema de entrega, avaliando a
abordagem em modelos mais graves de DMD, e a avaliar a eficiência e a segurança
em animais maiores com o eventual objetivo de entrar em ensaios clínicos."
CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ou
Repetições Palindrómicas Curtas Agrupadas e Regularmente
Interespaçadas
(artigo traduzido)
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