Um dos avanços recentes mais notáveis na pesquisa biomédica foi o desenvolvimento de métodos de edição de genes altamente direcionados, como o CRISPR, que pode adicionar, remover ou alterar um gene dentro de uma célula com grande precisão. O método já está sendo testado ou utilizado para o tratamento de pacientes com anemia falciforme e cânceres como mieloma múltiplo e lipossarcoma e, hoje, suas criadoras Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna receberam o Prêmio Nobel de Química.

Embora a edição de genes seja notavelmente precisa na localização e alteração de genes, ainda não há como direcionar o tratamento a locais específicos do corpo. Os tratamentos testados até agora envolvem a remoção de células-tronco do sangue ou células T do sistema imunológico do corpo para modificá-los e, em seguida, infundi-los de volta em um paciente para repovoar a corrente sanguínea ou reconstituir uma resposta imunológica – um processo caro e demorado.

Com base nas realizações de Charpentier e Doudna, os pesquisadores da Tufts desenvolveram pela primeira vez uma maneira de entregar diretamente pacotes de edição de genes de forma eficiente através da barreira hematoencefálica e em regiões específicas do cérebro, em células do sistema imunológico ou em tecidos específicos e órgãos em modelos de camundongos. Essas aplicações podem abrir uma linha de estratégia inteiramente nova no tratamento de condições neurológicas, bem como de câncer, doenças infecciosas e doenças autoimunes.

Uma equipe de engenheiros biomédicos da Tufts, liderada pelo professor associado Qiaobing Xu, procurou encontrar uma maneira de empacotar o “kit” de edição de genes para que pudesse ser injetado para fazer seu trabalho dentro do corpo em células-alvo, em vez de em um laboratório.

Eles usaram nanopartículas lipídicas (LNPs) – pequenas “bolhas” de moléculas lipídicas que podem envolver as enzimas de edição e levá-las a células, tecidos ou órgãos específicos. Os lipídios são moléculas que incluem uma longa cauda de carbono, que ajuda a dar-lhes uma consistência “oleosa”, e uma cabeça hidrofílica, que é atraída para um ambiente aquoso.

Normalmente, há também uma ligação à base de nitrogênio, enxofre ou oxigênio entre a cabeça e a cauda. Os lipídios se organizam em torno das nanopartículas de bolhas com as cabeças voltadas para fora e as caudas voltadas para dentro em direção ao centro.

A equipe de Xu foi capaz de modificar a superfície desses LNPs para que eles possam eventualmente “aderir” a certos tipos de células, se fundir com suas membranas e liberar as enzimas de edição de genes nas células para fazer seu trabalho.

Fazer um LNP direcionado requer alguma elaboração química.

Ao criar uma mistura de diferentes cabeças, caudas e linkers, os pesquisadores podem selecionar – primeiro no laboratório – uma ampla variedade de candidatos quanto à sua capacidade de formar LNPs que visam células específicas. Os melhores candidatos podem então ser testados em modelos de camundongos e ainda modificados quimicamente para otimizar o direcionamento e a entrega das enzimas de edição de genes às mesmas células no camundongo.

“Nós criamos um método para adaptar o pacote de entrega para uma ampla gama de terapêuticas potenciais, incluindo edição de genes”, disse Xu. “Os métodos baseiam-se na química combinatória usada pela indústria farmacêutica para projetar os próprios medicamentos, mas, em vez disso, estamos aplicando a abordagem para projetar os componentes do veículo de entrega.”

Em uma engenhosa modelagem química, Xu e sua equipe usaram um neurotransmissor na cabeça de alguns lipídios para ajudar as partículas a cruzar a barreira sangue-cérebro, que de outra forma seria impermeável a conjuntos de moléculas tão grandes quanto um LNP.

A capacidade de fornecer medicamentos com segurança e eficiência através da barreira e no cérebro tem sido um desafio de longa data na medicina. Em primeiro lugar, o laboratório de Xu entregou um complexo inteiro de RNAs mensageiros e enzimas que compõem o kit CRISPR em áreas específicas do cérebro de um animal vivo.

Algumas pequenas modificações nos ligantes lipídicos e caudas ajudaram a criar LNPs que poderiam entregar ao cérebro a pequena molécula antifúngica anfotericina B (para tratamento de meningite) e um fragmento de DNA que se liga e desliga o gene que produz a proteína tau ligada ao Alzheimer doença.

Mais recentemente, Xu e sua equipe criaram LNPs para entregar pacotes de edição de genes em células T em camundongos. As células T podem ajudar na produção de anticorpos, destruir as células infectadas antes que os vírus possam se replicar e se espalhar e regular e suprimir outras células do sistema imunológico.

Os LNPs que eles criaram se fundem com as células T no baço ou no fígado – onde normalmente residem – para entregar o conteúdo de edição de genes, que pode então alterar a composição molecular e o comportamento da célula T. É um primeiro passo no processo de não apenas treinar o sistema imunológico, como se faz com uma vacina, mas também projetá-lo para combater melhor as doenças.

A abordagem de Xu para editar genomas de células T é muito mais direcionada, eficiente e provavelmente mais segura do que os métodos tentados até agora usando vírus para modificar seu genoma.

“Ao direcionar as células T, podemos explorar um ramo do sistema imunológico que tem uma enorme versatilidade no combate a infecções, proteção contra o câncer e modulação da inflamação e autoimunidade”, disse Xu.

Xu e sua equipe exploraram ainda mais o mecanismo pelo qual os LNPs podem encontrar seu caminho para seus alvos no corpo. Em experimentos direcionados às células dos pulmões, eles descobriram que as nanopartículas captavam proteínas específicas na corrente sanguínea após a injeção.

As proteínas, agora incorporadas à superfície dos LNPs, tornaram-se o principal componente que ajudou os LNPs a se agarrarem ao seu alvo. Essas informações podem ajudar a melhorar o projeto de futuras partículas de entrega.

Embora esses resultados tenham sido demonstrados em ratos, Xu alertou que mais estudos e ensaios clínicos serão necessários para determinar a eficácia e segurança do método de entrega em humanos.

Achou útil essa informação? Compartilhe com seus amigos! 🙂

Deixe-nos a sua opinião aqui nos comentário.