Usando estas partículas de entrega de ARN, los investigadores esperan desarrollar nuevos tratamientos para la fibrosis quística y otras enfermedades pulmonares
Por Ana Trafton | Oficina de noticias del MIT
Ingenieros del MIT y la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts han diseñado un nuevo tipo de nanopartícula que se puede administrar a los pulmones, donde puede entregar ARN mensajero que codifica proteínas útiles.
Con un mayor desarrollo, estas partículas podrían ofrecer un tratamiento inhalable para la fibrosis quística y otras enfermedades del pulmón, dicen los investigadores.
“Esta es la primera demostración de la entrega altamente eficiente de ARN a los pulmones en ratones. Tenemos la esperanza de que pueda usarse para tratar o reparar una variedad de enfermedades genéticas, incluida la fibrosis quística”, dice Daniel Anderson, profesor del Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer y del Instituto de Medicina. Ingeniería y Ciencias (IMES).
En un estudio con ratones, Anderson y sus colegas usaron las partículas para entregar ARNm que codifica la maquinaria necesaria para la edición de genes CRISPR/Cas9. Eso podría abrir la puerta al diseño de nanopartículas terapéuticas que puedan cortar y reemplazar los genes que causan enfermedades.
Los autores principales del estudio, que aparece hoy en Nature Biotechnology , son Anderson; Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch del MIT; y Wen Xue, profesor asociado del Instituto Terapéutico de ARN de la Facultad de Medicina de la UMass. Bowen Li, ex postdoctorado del MIT que ahora es profesor asistente en la Universidad de Toronto; Rajith Singh Manan, un postdoctorado del MIT; y Shun-Qing Liang, un postdoctorado en la Facultad de Medicina de UMass, son los autores principales del artículo.
Apuntando a los pulmones
El ARN mensajero tiene un gran potencial como agente terapéutico para el tratamiento de una variedad de enfermedades causadas por genes defectuosos. Un obstáculo para su implementación hasta el momento ha sido la dificultad para administrarlo en la parte derecha del cuerpo, sin efectos secundarios. Las nanopartículas inyectadas a menudo se acumulan en el hígado, por lo que ahora se están realizando varios ensayos clínicos que evalúan posibles tratamientos de ARNm para enfermedades del hígado. Las vacunas Covid-19 basadas en ARN, que se inyectan directamente en el tejido muscular, también han demostrado ser efectivas. En muchos de esos casos, el ARNm se encapsula en una nanopartícula de lípidos, una esfera grasa que protege al ARNm para que no se descomponga prematuramente y lo ayuda a ingresar a las células objetivo.
Hace varios años, el laboratorio de Anderson se propuso diseñar partículas que pudieran transfectar mejor las células epiteliales que constituyen la mayor parte del revestimiento de los pulmones. En 2019, su laboratorio creó nanopartículas que podrían entregar ARNm que codifica una proteína bioluminiscente a las células pulmonares. Esas partículas estaban hechas de polímeros en lugar de lípidos, lo que las hacía más fáciles de aerosolizar para inhalarlas en los pulmones. Sin embargo, se necesita más trabajo sobre esas partículas para aumentar su potencia y maximizar su utilidad.
En su nuevo estudio, los investigadores se propusieron desarrollar nanopartículas de lípidos que pudieran dirigirse a los pulmones. Las partículas están formadas por moléculas que contienen dos partes: un grupo de cabeza cargado positivamente y una larga cola lipídica. La carga positiva del grupo de cabeza ayuda a las partículas a interactuar con el ARNm cargado negativamente, y también ayuda al ARNm a escapar de las estructuras celulares que engullen las partículas una vez que ingresan a las células.
La estructura de la cola lipídica, por su parte, ayuda a las partículas a atravesar la membrana celular. Los investigadores idearon 10 estructuras químicas diferentes para las colas de lípidos, junto con 72 grupos de cabeza diferentes. Al examinar diferentes combinaciones de estas estructuras en ratones, los investigadores pudieron identificar aquellas que tenían más probabilidades de llegar a los pulmones.
Entrega eficiente
En pruebas adicionales en ratones, los investigadores demostraron que podían usar las partículas para entregar componentes CRISPR/Cas9 que codifican ARNm diseñados para cortar una señal de parada que estaba codificada genéticamente en las células pulmonares de los animales. Cuando se elimina esa señal de parada, se activa un gen para una proteína fluorescente. La medición de esta señal fluorescente permite a los investigadores determinar qué porcentaje de células expresaron con éxito el ARNm.
Después de una dosis de ARNm, alrededor del 40 por ciento de las células epiteliales de pulmón fueron transfectadas, encontraron los investigadores. Dos dosis llevaron el nivel a más del 50 por ciento y tres dosis al 60 por ciento. Los objetivos más importantes para el tratamiento de la enfermedad pulmonar son dos tipos de células epiteliales llamadas células club y células ciliadas, y cada una de ellas se transfectó en aproximadamente un 15 por ciento.
“Esto significa que las células que pudimos editar son realmente las células de interés para la enfermedad pulmonar”, dice Li. «Este lípido puede permitirnos entregar ARNm al pulmón de manera mucho más eficiente que cualquier otro sistema de entrega que se haya informado hasta ahora».
Las nuevas partículas también se descomponen rápidamente, lo que permite eliminarlas del pulmón en unos pocos días y reduce el riesgo de inflamación. Las partículas también podrían administrarse varias veces al mismo paciente si se necesitan dosis repetidas. Esto les da una ventaja sobre otro enfoque para la entrega de ARNm, que utiliza una versión modificada de adenovirus inofensivos. Esos virus son muy efectivos en la entrega de ARN, pero no se pueden administrar repetidamente porque inducen una respuesta inmunitaria en el huésped.
“Este logro allana el camino para prometedoras aplicaciones terapéuticas de administración de genes pulmonares para diversas enfermedades pulmonares”, dice Dan Peer, director del Laboratorio de Nanomedicina de Precisión de la Universidad de Tel Aviv, que no participó en el estudio. “Esta plataforma tiene varias ventajas en comparación con las vacunas y terapias convencionales, incluido que no contiene células, permite una fabricación rápida y tiene una gran versatilidad y un perfil de seguridad favorable”.
Para administrar las partículas en este estudio, los investigadores utilizaron un método llamado instilación intratraqueal, que a menudo se usa como una forma de modelar la administración de medicamentos a los pulmones. Ahora están trabajando para hacer que sus nanopartículas sean más estables, de modo que puedan ser aerosolizadas e inhaladas usando un nebulizador.
Los investigadores también planean probar las partículas para entregar ARNm que podría corregir la mutación genética encontrada en el gen que causa la fibrosis quística, en un modelo de ratón de la enfermedad. También esperan desarrollar tratamientos para otras enfermedades pulmonares, como la fibrosis pulmonar idiopática, así como vacunas de ARNm que podrían administrarse directamente en los pulmones.
TAMBIÉN PODÉS SEGUIRNOS EN:
