Motherboard

Agora ficou sério: cientistas fizeram edição genética com nanopartículas em vez de vírus

Muito mais eficaz, novo mecanismo de transporte desativou por completo um gene responsável por colesterol alto em camundongos.
17.11.17

Desde que foi dominada pelos cientistas em 2013, a tecnologia de edição de genes conhecida como CRISPR acendeu controvérsias sobre a possibilidade de projetar características em um filho, sobre uma futura erradicação de doenças hereditárias e sobre um possível terrorismo biológico sofisticado. Mesmo com todos os perigos e promessas do CRISPR, achar um jeito de transferir, de modo eficaz, esse sistema ao DNA ainda é obstáculo técnico bastante significativo.

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Em geral, o sistema CRISPR – uma enzima chamada Cas9, que corta uma porção de uma cadeia do DNA alvo e uma cadeia curta de RNA que guia a enzima a seu alvo – pega uma carona pelo corpo com um vírus. Esta é uma solução nada ideal, porque os pacientes que receberem um tratamento CRISPR podem desenvolver rapidamente, ou até já dispor em seus corpos, de anticorpos que destruiriam esse vírus.

Conforme detalhado há dias na Nature Biotechnology, uma equipe de pesquisadores do MIT, nos EUA, criou uma solução altamente eficiente, e não viral: um sistema de nanopartículas que pode transportar o CRISPR aos genes alvo. Além disso, o sistema de entrega do CRISPR pelas nanopartículas foi capaz de desativar completamente um gene responsável pelos níveis de colesterol altos quando administrados a camundongos.

O grupo foi liderado pelo cientista e pesquisador do MIT Hao Yin e pelo professor-associado de Engenharia Química Daniel Anderson, ambos responsáveis pela realização de descobertas inovadoras na ciência de edição de genes nos últimos anos.

Em 2014, Yin, Anderson e seus colegas do MIT se tornaram pioneiros na cura de uma doença em um animal adulto por meio do CRISPR. Nesse caso, tratou-se de uma doença hepática chamada tirosinemia, e os “pacientes” eram camundongos adultos. Entretanto, o problema é que esse método de CRISPR dependia de um transporte por meio de vírus, bem como de uma injeção de grande pressão, o que poderia causar danos ao fígado dos animais.

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Anderson e Yin modificaram ainda mais sua abordagem, em 2016, por meio do revestimento da enzima Cas9.

As nanopartículas anularam a necessidade de um sistema de transporte viral de alta pressão da Cas9, embora a cadeia de RNA orientadora ainda necessitasse de um vírus para seu transporte. Implantar cadeias únicas de RNA é um grande problema, porque nosso corpo as associa a infecções virais. Isso pode desencadear uma série de respostas imunológicas do corpo, as quais podem causar degradação do RNA, inutilizando-o.

Uma solução para esse problema, explorada pela medicina baseada em RNA, é modificar o RNA para que ele não provoque uma resposta imune. As coisas se tornam um pouco complicadas quando se modifica um RNA para o CRISPR, pois esse RNA modificado ainda precisa ser apto a interagir com a enzima Cas9.

Em sua nova pesquisa, Anderson e Yin trabalharam para modificar o RNA de modo que ele não acionasse o sistema imunológico em seu trajeto em direção ao alvo na nanopartícula, enquanto ainda fosse capaz de se vincular à enzima Cas9. Como mostrado na pesquisa, eles puderam modificar até 70% do RNA antes que ele ficasse incapaz de se ligar à enzima Cas9 como parte do sistema CRISPR.

Mais importante, a habilidade de utilizar RNA modificado quimicamente no sistema CRISPR significa que um vírus não tem mais necessidade de ser o hospedeiro para guiar o RNA. Agora, ele pode ser revestido em uma nanopartícula sintética.

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O RNA guia é programado para procurar genes específicos no fígado por meio da reversão do código genético encontrado em uma cadeia alvo de DNA. Assim que essa sequência de DNA é localizada, a enzima Cas9 quebra a hélice dupla para permitir que o RNA guia se ligue ao DNA. Se houver compatibilidade, essa porção da hélice é cortada da cadeia de DNA. Em geral, a cadeia de DNA tenta consertar a si mesma, momento em que o sistema CRISPR realiza seu trabalho novamente. Esse processo é repetido até que o DNA não consiga mais se consertar, e o gene alvo se torna efetivamente desativado.

Em sua nova pesquisa, Anderson e seus colegas no MIT buscaram vários genes diferentes para seu sistema CRISPR, mas se concentraram principalmente no PCSK9, gene que produz uma proteína responsável pela regulação dos níveis de colesterol.

O gene também é responsável pela hipercolesterolemia, ou colesterol alto, uma condição genética que afeta cerca de 1 em 500 pessoas. O colesterol alto aumenta significativamente o risco de derrame cerebral e doenças cardíacas, e mesmo que um novo conjunto de fármacos que miram no PCSK9 já tenham provaram sua eficácia, esses medicamentos devem ser tomados diariamente pelo resto da vida do paciente.

“O PCSK9 é um alvo interessante e clinicamente relevante para o tratamento da hipercolesterolemia, pois existem pessoas que têm um nível muito alto de colesterol por razões genéticas”, Anderson me contou pelo telefone. “Raciocinamos que poderia ser possível inativá-lo permanentemente por meio de uma nanopartícula, e que isso seria uma terapia permanente para um paciente.”

Quando Anderson e Yin injetaram os CRISPR transportando as nanopartículas no fígado dos camundongos, o sistema CRISPR foi capaz de eliminar o gene PCSK9 em 80% das células hepáticas. Isso resultou na queda de 35% do colesterol dos camundongos tratados. De acordo com Anderson, essa mesma técnica pode ser utilizada para tratar outras doenças, e também poderá ser ligeiramente modificada para o tratamento de doenças em outros tecidos do corpo.

Não se sabe ao certo quanto tempo será necessário para que os tratamentos com o CRISPR, como o iniciado por Anderson e Yin, tenham um uso clínico abrangente em seres humanos.
Por enquanto, a tecnologia com nanopartículas possivelmente permanecerá restrita a experimentos com não humanos, porque o CRISPR ainda está muito sujeito a erros. Embora os cientistas já estejam explorando tecnologias de edição de genes alternativas mais precisas que o CRISPR, Anderson acredita que seu novo sistema de transporte por nanopartícula representa um passo significativo na direção do uso clínico do CRISPR em humanos.

“As nanopartículas como essas têm um potencial verdadeiro de tratar indivíduos portadores de doenças”, Anderson afirmou. “Minha esperança é que essas formulações sejam capazes de ajudar as pessoas, é o que nos motiva de verdade.”