Clinical Research Insider

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Edición del genoma basada en el sistema CRISPR para tratar enfermedades humanas; un avance en la medicina moderna

Por: Guillermo A. Silva-Martínez, PhD*

Sin duda, durante el siglo XXI hubo grandes avances en las ciencias médicas, desde los primeros trasplantes en humanos, las cirugías vasculares y neurológicas, la producción de interleucinas o la insulina recombinante. Un gran avance fue la obtención del borrador del primer genoma humano, marcando una nueva era en las ciencias genómicas con la esperanza de entender a nivel genómico enfermedades humanas de gran interés, como las enfermedades metabólicas o el cáncer. En este sentido, la edición del genoma es un conjunto de tecnologías que permiten modificar el genoma de un organismo. En los últimos años, el sistema de edición genómica CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats y CRISPR-associated protein 9) fue adaptado de las bacterias para su uso en organismos superiores (11,2). Este sistema se basa en el uso de pequeños trozos de ARN (sgRNA) guiados por una secuencia corta en su interior, que se une a una secuencia específica de ADN objetivo dentro del genoma. Posteriormente, la enzima Cas9 se une al sgRNA y corta el ADN en el lugar exacto de la diana, desencadenando mecanismos de reparación del ADN para añadir, eliminar o incluso cambiar segmentos de ADN en el genoma. 

En la actualidad, las herramientas de edición del genoma se utilizan para comprender las enfermedades humanas y dilucidar los mecanismos para prevenirlas o incluso tratarlas utilizando modelos animales o células (3). Una gran mayoría de las enfermedades humanas está en el punto de mira de los investigadores, especialmente las que tienen un trasfondo genético que puede ser tratado -o editado- antes de la fusión de gametos, modificando los óvulos y los espermatozoides -línea germinal- (4,5). Así, surgen preocupaciones éticas a la hora de plantearse alterar el genoma humano, ya que la edición genética de la línea germinal -o de los embriones- puede pasar a las generaciones futuras. Por lo tanto, “tradicionalmente” la terapia génica sobre células somáticas se basa en CRISPR. Desgraciadamente, la terapia génica basada en CRISPR ha mostrado un elevado efecto off-target (OTEs), que puede reducirse optimizando el diseño de la guía en el sgRNA (6).

En la actualidad, la toxicidad inmunogenética de la terapia génica CRISPR es una preocupación general, ya que algunos estudios informan que la gran mayoría de los sujetos humanos poseían anticuerpos preexistentes anti-Cas9 contra SaCas9 y SpCas9, que son los ortólogos bacterianos de Cas9 más utilizados, lo que repercute en las futuras estrategias de desarrollo de este tipo de terapia (7).

En este sentido, los métodos de entrega de CRISPR influyen, en mayor medida, en su eficacia y seguridad terapéutica. El uso de vectores de virus adeno-asociados (AAV) sigue siendo el vehículo más utilizado para CRISPR por su conveniente eficiencia de entrega (8), sin embargo, también puede ser entregado como ARNm a través de microinyección o electroporación, pero esto solo queda como opción de entrega ex-vivo para la posterior reintroducción en el sujeto (9). Este enfoque ha demostrado ser beneficioso como estrategia terapéutica para tratar los trastornos hematológicos y la inmunoterapia del cáncer.

En 2018, se abrió un ensayo clínico de CRISPR en EE.UU. para editar células T autólogas para la inmunoterapia del cáncer contra varios tipos de cáncer con tumores recidivantes, modificando la expresión de genes relevantes implicados en la supresión de la función de las células T en el microambiente de los tumores (10). Hasta la fecha, hay un registro de una infusión intravenosa de CRISPR que redujo los niveles de una transtiretina mal plegada (TTR), cuya acumulación causa amiloidosis de transtiretina en los nervios y el corazón. Este trabajo informa del uso de una nanopartícula lipídica para administrar CRISPR en el hígado con el fin de interrumpir la expresión de TTR tras una única dosis. Sus estudios preclínicos mostraron un knockout duradero de la TTR y pocos eventos adversos, marcando un hito en el uso del sistema CRISPR como uso terapéutico en un sistema completo (11).  

La edición de genes en humanos sigue siendo un tema controvertido, ya que su normalización puede llevar a un fin no médico, como forzar la selección antinatural de la especie humana. Sin embargo, no podemos negar que el sistema CRISPR revolucionó el área de la terapia génica y tiene un tremendo potencial para curar enfermedades de origen genético con un mínimo margen de error e inconvenientes.

*Guillermo A. Silva-Martínez, PhD. Ingeniero Bioquímico y M.Sc. en Ingeniería Bioquímica por el Tecnológico de Celaya. Tiene un doctorado en Biotecnología Vegetal por el CINVESTAV-Irapuato. Catedrático CONACYT-TecNM en Celaya adscrito al departamento de ingeniería bioquímica. Investigador principal en el laboratorio de Biología Molecular del TecNM en Celaya.

Referencias

1. Jinek, M. et al. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science (80-. ). (2012) doi:10.1126/science.1225829.

2. Charpentier, E., Richter, H., van der Oost, J. & White, M. F. Biogenesis pathways of RNA guides in archaeal and bacterial CRISPR-Cas adaptive immunity. FEMS Microbiology Reviews (2015) doi:10.1093/femsre/fuv023.

3. Hsu, P. D., Lander, E. S. & Zhang, F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell (2014) doi:10.1016/j.cell.2014.05.010.

4. Ormond, K. E. et al. Human Germline Genome Editing. American Journal of Human Genetics (2017) doi:10.1016/j.ajhg.2017.06.012.

5. Komor, A. C., Badran, A. H. & Liu, D. R. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes. Cell (2017) doi:10.1016/j.cell.2016.10.044.

6. Zhang, X. H., Tee, L. Y., Wang, X. G., Huang, Q. S. & Yang, S. H. Off-target effects in CRISPR/Cas9-mediated genome engineering. Molecular Therapy – Nucleic Acids (2015) doi:10.1038/mtna.2015.37.

7. Charlesworth, C. T. et al. Identification of preexisting adaptive immunity to Cas9 proteins in humans. Nat. Med. (2019) doi:10.1038/s41591-018-0326-x.

8. Xu, X. et al. Delivery of CRISPR/Cas9 for therapeutic genome editing. Journal of Gene Medicine (2019) doi:10.1002/jgm.3107.

9. Wilbie, D., Walther, J. & Mastrobattista, E. Delivery Aspects of CRISPR/Cas for in Vivo Genome Editing. Acc. Chem. Res. (2019) doi:10.1021/acs.accounts.9b00106.

10. Baylis, F. & McLeod, M. First-in-human Phase 1 CRISPR Gene Editing Cancer Trials: Are We Ready? Curr. Gene Ther. (2017) doi:10.2174/1566523217666171121165935.11. Gillmore, J. D. et al. CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis. N. Engl. J. Med.0, null.

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