Estados Unidos:
Se utilizó un enfoque de edición de genes CRISPR para corregir dos mutaciones distintas de la enfermedad de Pompe y para desarrollar simulaciones por computadora para optimizar las terapias génicas.
Estos modelos informáticos pueden ayudar a los científicos a desarrollar y probar estrategias de edición de genes para enfermedades, como Pompe, que son poligénicas o causadas por más de una mutación genética, dijeron los investigadores.
Con este enfoque, los investigadores pueden evaluar diferentes dosis, mecanismos y tiempos de administración, riesgos y otros factores.
«Esto nos permite examinar un alcance más amplio de muchas terapias génicas diferentes durante el diseño de una estrategia», dijo Amritava Das, PhD, asociado postdoctoral en el Instituto Morgridge de Investigación y coautor del estudio, en un comunicado de prensa de la universidad.
«El enfoque computacional es fundamental cuando no se tiene un modelo animal que se parezca a la enfermedad humana», dijo Das.
El estudio, «Diseño de estrategias eficaces de edición del genoma de células somáticas para enfermedades recesivas y poligénicas», se publicó en la revista Nature Communications.
La enfermedad de Pompe es causada por mutaciones en ambas copias heredadas del gen GAA, que descompone el glucógeno en glucosa. GAA defectuoso da como resultado la acumulación de glucógeno en los lisosomas, la estructura digestiva de la célula. La terapia de reemplazo enzimático (TRE) proporciona la enzima funcional, pero no corrige las mutaciones subyacentes.
En el caso de enfermedades poligénicas como Pompe, donde se han asociado más de 400 mutaciones en GAA con la enfermedad, el objetivo de múltiples mutaciones sigue siendo un desafío. Además, los modelos animales de Pompe no replican la naturaleza poligénica de la enfermedad.
Los editores genómicos tienen el potencial de apuntar a múltiples mutaciones en una sola célula simultáneamente, pero la imprecisión puede resultar en errores genómicos a gran escala. Un grupo de investigación de la Universidad de Wisconsin-Madison caracterizó el impacto de editar múltiples mutaciones GAA que causan la enfermedad de Pompe en una sola célula. Luego desarrollaron y probaron un modelo utilizando simulaciones por computadora para determinar estrategias efectivas para corregir con precisión las mutaciones en los pacientes.
Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) se generan a partir de células maduras que se han reprogramado de nuevo a un estado de células madre, en el que pueden convertirse en muchos tipos de células diferentes. Las iPSC derivadas de pacientes con Pompe conservan las mismas mutaciones GAA y las alteraciones celulares correspondientes, lo que convierte a las células en un modelo útil para probar estrategias de edición de genes.
Las iPSC derivadas de Pompe utilizadas en este estudio tenían dos mutaciones GAA distintas. Los investigadores utilizaron un enfoque de edición de genes basado en CRISPR desarrollado previamente para apuntar y corregir (con una sola corrección) o ambas (con doble corrección) de las mutaciones mientras se minimiza el riesgo de efectos fuera del objetivo. No se observaron grandes modificaciones genómicas o fuera del objetivo.
Las células corregidas produjeron el GAA editado a partir de ambas copias de genes y fueron capaces de secretar GAA activo. Esto llevó al equipo a sugerir que las células rescatadas podrían corregir las células enfermas mediante la secreción de enzimas. La hipótesis se probó en células de músculo cardíaco generadas a partir de iPSC derivadas de pacientes.
Los resultados mostraron que, cuando se cultivan en condiciones especiales, las células corregidas no exhiben la acumulación de glucógeno ni los lisosomas agrandados que se encuentran en las células no corregidas.
Sin embargo, cuando se añadió medio de crecimiento celular que contenía GAA secretado de células corregidas a células sin editar, estas exhiben lisosomas redondeados más pequeños, así como aclaramiento de glucógeno. Por tanto, las células corregidas pueden rescatar células enfermas, comparable a (TRE), a través de la secreción de GAA, sugieren estos resultados.
El equipo de investigación desarrolló un modelo de computadora llamado Modelo de Eficacia de Terapia GEne (GETEM) que simula la edición de genes de dos mutaciones distintas para investigar las consecuencias de la corrección de genes en bebés con Pompe. GETEM fue capacitado y validado con datos de estudios previos de edición de genes utilizando diversos enfoques de entrega.
Luego, el modelo se amplió para incluir los resultados de (TRE) como un umbral contra el cual probar la edición de genes de múltiples objetivos. La dosis de editores de genes necesaria para alcanzar el umbral de (TRE) se evaluó luego en las simulaciones por computadora. Los resultados del tratamiento fueron muy sensibles a las tasas de desarrollo de las células corregidas, así como a la estabilidad y precisión del editor.
GETEM se utilizó para simular terapias de células autólogas, en las que las células del paciente se tratan fuera del cuerpo y luego se reintroducen como células de donantes. Las células proliferativas (en división) corregidas produjeron respuestas duraderas y las células con doble corrección generaron el mayor efecto. Sin embargo, ninguna dosis de células maduras corregidas podría producir resultados sostenidos comparables a (TRE), lo que sugiere que se requieren células proliferativas para un tratamiento duradero.
Las simulaciones por computadora para evaluar las diferentes dosis de células corregidas, la vida útil de las células injertadas y los niveles de secreción de GAA revelaron varias compensaciones entre estos factores y la eficacia de la terapia. Por ejemplo, con respecto a la eficacia de la terapia con células autólogas, la vida útil prolongada de las células supera la dosis, mientras que la secreción de GAA más alta coincide con la (TRE) incluso si la vida útil de las células es menor.
«En general, creemos que GETEM podría adaptarse fácilmente para una amplia variedad de tejidos somáticos tratados con diversas terapias celulares y genéticas», escribieron los investigadores. «Para estudios en animales y estudios clínicos, GETEM proporciona información sobre la distribución de [perfiles genéticos] editados dentro de las células del cuerpo y podría adaptarse a un animal o paciente individual».
Entre las limitaciones del estudio se encuentran la falta de información sobre la posibilidad de una respuesta inmune al editor de genes, los efectos adversos relacionados con modificaciones genómicas fuera del objetivo o la ineficacia de los editores del genoma en células maduras.
Aisha I Abdullah, PhD
