Después del Nobel, ¿qué sigue para las terapias de edición genética CRISPR?

Cuando el premio Nobel de química del año pasado fue para la bioquímica Jennifer Doudna y la microbióloga Emmanuelle Charoentier por su trabajo en el desarrollo de la técnica de edición genética conocida como CRISPR-Cas9, los titulares aclamaron su descubrimiento como unas “tijeras moleculares” que nos permitirán “reescribir el libro de la vida”, con todas las preguntas éticas complicadas que levanta esa habilidad. Pero mucha de la emoción no tiene nada que ver con las visiones de bebés de diseñador. La promesa de CRISPR es para tratar enfermedades causadas por mutaciones genéticas, desde distrofia muscular hasta ceguera congénita, e incluso algunos tipos de cáncer. 

Los primeros ensayos en humanos de terapias CRISPR ya están en marcha, y los investigadores esperan que estén al borde de llegar a la clínica. “La velocidad a la que las investigaciones de CRISPR progresan es verdaderamente sorprendente”, dice Doudna de la Universidad de California en Berkeley. 

Muchas enfermedades comunes, incluidas condiciones del corazón, Alzheimer y diabetes, son causadas en parte por los genes, los que heredan las variantes “equivocadas” de ciertos genes son más vulnerables. Para muchas de estas condiciones el componente genético es complicado, hay muchos genes involucrados. Otras enfermedades, como la fibrosis quística, pueden ser causadas por el mal funcionamiento de solo uno o pocos genes. En ese caso, la enfermedad se podría curar por completo con edición genética, al reemplazar los genes defectuosos con la variante sana. 

Esta “terapia genética” ha sido una meta desde que los científicos comenzaron a aprender cómo editar genes en los setentas. Pero nunca ha cumplido con las expectativas, porque editar un gen entre unos 21,000 otros en el ADN de cada una de nuestras células es difícil. Necesita herramientas muy precisas para encontrar el gen, cortar el ADN en ese punto, y después poner un gen nuevo (o un fragmento) en su lugar. 

Los biólogos han hecho esas ediciones durante décadas, pero no lo suficientemente precisas para un uso clínico seguro. Si la edición es muy sucia o altera otros genes sin querer, las consecuencias podrían ser graves, en particular, una mutación no intencionada podría causar cáncer. 

El CRISPR cambió todo eso. La técnica usa una enzima llamada Cas9 que se encontró en bacterias, que puede programarse para encontrar su objetivo. Carga una pieza de material genético llamado ARNm, similar al ADN, que lleva la secuencia del objetivo. Cuando la enzima encuentra la secuencia de ADN que coincide con la de su referencia de ARNm, corta la doble hélice del ADN en dos. Luego otras enzimas pueden insertar otra pieza de ADN, para codificar la secuencia “sana”, en el corte. 

Cuando el sistema CRISPR se reportó por primera vez en 2012 por Doudna, Charpentier y otros investigadores, la precisión sin precedentes de la edición genética que permitía comenzó a transformar las posibilidades de personalizar un genoma, la suma del ADN de un organismo, a la orden. Los roles y efectos de los genes podían deducirse al recortarlos o al modificarlos. 

El CRISPR también hace que la edición genética sea más viable para la medicina. Las primeras enfermedades que los investigadores miran, dice Doudna, son aquellas que requieren “un cambio simple en un solo gen en una célula o tejido que puede ser fácil de encontrar”. Como es un enfoque nuevo y caro, añade, tiene sentido priorizar las enfermedades para las cuales no existen otros tratamientos. 

Algunos desórdenes de la sangre, como la anemia drepanocítica y la beta talasemia, son aptas. En la anemia drepanocítica, una mutación en el gen de la hemoglobina (la proteína que carga el oxígeno en los glóbulos rojos) cambia la fórmula de las células, lo que causa problemas con el flujo sanguíneo. En un procedimiento que desarrolló un hospital de Tennessee, el año pasado una mujer de Mississippi llamada Victoria Gray se convirtió en la primera persona en recibir un tratamiento experimental para la anemia drepanocítica. Se recolectaron células madre de su médula ósea y se trataron fuera de su cuerpo para alterar un gen involucrado en la producción de hemoglobina, antes de regresarlas con una transfusión. Hasta ahora parece que el tratamiento es exitoso. Gray ya no ha necesitado transfusiones de sangre u hospitalizaciones que antes necesitaba por su condición. 

Ella ahora forma parte de los ensayos de tratamientos con CRISPR para anemia drepanocítica y beta talasemia que se llevan a cabo en Boston por Crispr Therapeutics en colaboración con Vertex Pharmaceuticals. Sin embargo, Doudna advierte, que las primeras terapias serán muy caras. Bajar los costos es uno de los objetivos clave de su Instituto de Genómica Innovativa en Berkeley. “Tener una cura para la anemia drepanocítica que solo pocos puedan pagar no es una solución al problema”. 

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Un gran atractivo de CRISPR, dice Niren Murthy, un bioingeniero de Berkeley, es que puede ser asunto de una sola vez. Tomas el tratamiento y el gen se arregla para siempre, en lugar de tener que regresar al doctor cada pocos meses. Hay más, la edición genética no tiene que ser particularmente eficiente para funcionar. “Con la anemia drepanocítica, parece que al corregir la mutación en solo 5% de las células madre del paciente puede ser suficiente para tener un efecto clínico positivo”, dice Doudna. “Apuntamos a algo más alto que eso, por supuesto, entre más abarque el tratamiento, mayor será la eficiencia”. 

Una ventaja clave al tratar estas enfermedades es que es fácil llevar el sistema CRISPR al lugar correcto: la sangre. Para editar otros tejidos, el reto es cruzar la barrera entre el flujo sanguíneo, donde se introduciría un fármaco, y las células del tejido. Si solo inyectas componentes moleculares en la sangre, el sistema inmune los degrada rápidamente. Es mejor cargarlos en un vehículo pequeño o “vector” como partículas sintéticas o virus inhabilitados (como los ingredientes activos de las vacunas para Covid). Pero estos tienden a ser muy grandes como para pasar a través de las membranas hacia los tejidos. “El problema de entrega es muy grande”, dice Murthy. “Si alguien puede resolver eso, le abrirá la puerta a muchas oportunidades terapéuticas”. 

Algunos investigadores esperan combatir el cáncer con CRISPR. Una estrategia podría ser usar edición genética para impulsar nuestro sistema inmune para que sea mejor para destruir células de tumores. Esa inmunoterapia para el cáncer es prometedora, pero “con CRISPR podría ser más eficiente o efectiva”, dice Doudna. “El concepto básico es editar las células T (un tipo de glóbulo blanco que es central para el sistema inmune) del paciente e introducirlas en el flujo sanguíneo para que puedan reconocer y atacar células cancerosas”. 

El primer ensayo humano para inmunoterapia con CRISPR para cáncer (de pulmón) sucedió en China en 2016. También hubieron intentos para tratar algunos tipos de cáncer de sangre y hueso de esta forma. Pero es demasiado temprano para saber si son efectivos los tratamientos, dice Doudna. Otra opción es usar CRISPR para desactivar a las células cancerosas, pero de la misma forma, el reto es llevar la maquinaria de edición genética a los tumores. Para los cánceres de sangre como la leucemia, Murthy señala, no hay problema para la entrega. 

La aterosclerosis (una causa de infartos y enfermedades cardiovasculares) es otro objetivo importante. Algunas personas tienen una vulnerabilidad genética porque sus células producen demasiada de una proteína llamada PCSK9, que evita que se descomponga una molécula llamada colesterol LDL. Los niveles altos de colesterol LDL pueden hacer que las arterias se endurezcan, que a su vez causan fallas cardiacas. 

El colesterol se degrada en el hígado, que es uno de los pocos tejidos para los que se han desarrollado vehículos buenos para la entrega de fármacos. Eso hace que la aterosclerosis relacionada con la PCSK9 sea un objetivo ideal para la terapia CRISPR. El año pasado, la startup de biotecnología Verve, basada en Cambridge, Massachusetts, comenzó a probar esta estrategia, con nanopartículas artificiales hechas a partir de lípidos para acarrear las moléculas de edición genética al hígado. Mientras tanto, Intellia de Cambridge explora terapias CRISPR para la anemia drepanocítica, hemofilia y algunas condiciones genéticas del corazón poco comunes. 

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Editas, otra compañía de edición genética en Cambridge, comenzó un ensayo en colaboración con Allergan de Dublín que usa CRISPR para tratar la forma más común de ceguera infantil heredada, llamada LCA10. A diferencia de los tratamientos para anemia drepanocítica y cáncer, esta introduce CRISPR directamente a el cuerpo, en este caso se inyecta, dentro de un virus, en el ojo. El ojo es un buen objetivo, dice Doudna, porque tiene ciertas características que hacen que la edición genómica tenga menos efectos secundarios. “Aprenderemos mucho de este ensayo”, añade, “estoy emocionada por los resultados”. 

Murthy trabaja en un tratamiento CRISPR para la distrofia muscular Duchenne, una de las formas más comunes y más severas.  La causa es una mutación de un gen que produce distrofina, que está involucrada en la construcción de músculos, y resulta en el desgaste de las fibras musculares, lo que causa discapacidad y muerte. Pero él sospecha que la terapia CRISPR se utilizará primero, clínicamente, para condiciones neurológicas genéticas como la enfermedad de Huntington porque resulta que es más fácil editar el tejido cerebral que los músculos. 

Para tratar distintas enfermedades se pueden necesitar tipos diferentes de edición genética. El enfoque más simple es alterar un solo gen para que ya no funcione. Cuando la Cas9 corta una hebra de ADN, la maquinaria de reparación de ADN de la célula no solo la pega de regreso. Típicamente raspa un poco de las hebras, como si limpiara los extremos irregulares. El gen que se vuelve a unir suele ser inútil, y algunas veces es todo lo que necesitas. Sin embargo, algunos trabajos de edición necesitan un bisturí molecular más preciso. 

“Para la mayoría de las enfermedades genéticas, se necesita una corrección genética precisa en lugar de una alteración para beneficiar a los pacientes”, dice David Liu del Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts y la Universidad de Harvard. En los últimos años, él ha desarrollado una manera de usar Cas9 para hacer cambios precisos en una sola de las unidades moleculares, llamadas bases, que encriptan la información genética. Algunas veces, como en la anemia drepanocítica, es todo lo que se necesita para volver a una mutación peligrosa. Los editores de bases de Liu usan una versión modificada de Cas9 que puede llegar al ADN en una manera programada pero no lo corta, en conjunto con otras moléculas que después intercambian una sola base en el objetivo. 

Liu y sus colegas usan sus editores de bases para tratar una condición devastadora llamada progeria, que causa envejecimiento muy rápido y eventualmente la muerte en niños que nacieron con una mutación en el gen LMNA. Esto también lo causa un solo cambio en una base, pero la proteína mutante que produce puede dañar casi todas las células del cuerpo. No es suficiente solo dañar LMNA mutante, porque la mezcla descontrolada de productos que resulten podría ser fatalmente tóxica. En su lugar necesitas corregir precisamente la base rebelde. 

El equipo de Liu ha hecho esto en ratones genéticamente alterados para tener la forma humana de LMNA mutante. Trataron a los animales 14 días después de su nacimiento, el equivalente a cinco años en humanos, y encontraron que los ratones vivieron hasta los comienzo de la “vejez” para ratones normales. “Cuando nos dimos cuenta de que el alcance del rescate de la enfermedad iba más lejos de lo que se había logrado antes, nos volvimos locos”, dice Liu. 

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“Hace cinco años, el prospecto de corregir un solo par de bases en un animal vivo que causa una enfermedad genética fatal, con un tratamiento de una sola vez con una máquina molecular hecha con ingeniería genética, parecería ciencia ficción”, dice. Su equipo ahora trabaja con Beam Therapeutics (también en Cambridge, MA) y con Verve en Cambridge para desarrollar esas herramientas para aplicaciones clínicas en humanos. Verve usa editores de base para su trabajo en aterosclerosis. 

Aunque Murthy dice que el uso clínico extendido de terapias CRISPR está a 10 años, Doudna admite que se “sorprende constantemente de lo rápido que los investigadores del mundo han adoptado la edición genómica CRISPR”. Generalmente, los ensayos clínicos pueden tomar un largo tiempo, ella dice. Así que el hecho de que, gracias a CRISPR, “tenemos personas que parece que se han curado de la anemia drepanocítica y es sorprendente de la mejor manera”.