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Promesas de CRISPR: últimos avances en terapia génica

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Promesas de CRISPR: últimos avances en terapia génica
04 abril
09:00 2019

Actualizado el 14 de Mayo de 2019

La herramienta de edición genética CRISPR abre posibilidades de aplicación en múltiples áreas, incluyendo la medicina, la agricultura (ver AQUÍ) y la ganadería, entre otras (ver AQUÍ).

Algunas de las aplicaciones de la edición genética plantean serias cuestiones éticas, como la posibilidad de alterar los ecosistemas (ver AQUÍ), o la utilización de CRISPR sobre la línea germinal humana (ver AQUÍ), que implica la producción de embriones humanos in vitro, su manipulación y su destrucción, y entraña riesgos hoy por hoy inasumibles para los individuos tratados y para las generaciones futuras. A este respecto, recientemente se anunció el nacimiento de los primeros bebés modificados genéticamente[1], lo que ocasionó una ola de indignación entre la comunidad científica y el público (ver AQUÍ).

No obstante, la edición genética, y en concreto CRISPR, son muy prometedoras para numerosos usos muy positivos. En medicina, CRISPR puede utilizarse para diagnóstico (ver más), creación de modelos animales y celulares para investigar aspectos genéticos, y, lo más esperanzador, para curar enfermedades hasta ahora incurables. En este sentido, numerosos avances están apareciendo continuamente. A continuación referimos algunos de los más recientes.

CRISPR corrige una mutación causante de la Distrofia muscular de Duchenne en ratones y células humanas

La distrofia muscular de Duchenne (DMD) es una grave enfermedad causada por mutaciones en el gen de la distrofina. Así, los pacientes afectados por esta enfermedad sufren una degeneración de los músculos cardíacos y esqueléticos que resulta letal, por lo que las personas con esta enfermedad no viven más de 20 o 30 años. En el trabajo que comentamos, publicado el 6 de marzo de 2019 en Science Advances[2], los investigadores han utilizado CRISPR para corregir una de las mutaciones más frecuentes que causan esta enfermedad (una deleción del exón 44 de el gen de la distrofina) en un modelo de ratón y en células cardíacas de pacientes (obtenidas a partir de células madre pluripotentes inducidas (ver AQUÍ).

En el modelo de ratón, los investigadores ajustaron la proporción de los componentes del sistema CRISPR (la enzima Cas9 y el ARN guía) hasta alcanzar un ratio que optimizara la eficacia, demostrando la importancia de las dosis de estos componentes para la corrección de genes in vivo. Los autores concluyen que sus “hallazgos representan un paso significativo hacia la posible aplicación clínica de la edición de genes para la corrección de la DMD”.

CRISPR consigue mejoras significativas en modelos animales de la enfermedad del envejecimiento prematuro (progeria)

El síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford es una rara enfermedad que consiste en que, a partir del primer año de vida, se desencadena un proceso degenerativo equiparable a un envejecimiento acelerado, de manera que las personas afectadas mueren, normalmente, en su adolescencia, con problemas óseos y cardíacos entre otros, y signos externos asociados a la vejez, tales como canas o calvicie, manchas en la piel, cataratas y pérdida de audición. La causa de esta enfermedad es una mutación en el gen LMNA, que provoca que en lugar de la proteína correcta (lamin A), se genere una proteína que es tóxica para la célula (progerina). El 18 de febrero de 2019, dos estudios independientes publicados en Nature medicine, reportaban el uso de CRISPR en modelos murinos de esta enfermedad, consiguiendo mejorías notables.

En el primer trabajo[3], dirigido por Juan Carlos Izpisua Belmonte, se administrón una única inyección intravenosa del sistema CRISPR dirigido al gen LMNA. El tratamiento atenuó la pérdida de peso, aumentó la tasa de supervivencia en aproximadamente un 25%, eliminó el adelgazamiento epidérmico y la pérdida de grasa dérmica, mejoró la degeneración de las células del músculo liso vascular del arco aórtico, atenuó el desarrollo de la bradicardia y aumentó la vitalidad de los ratones.

En segundo trabajo[4], dirigido por Carlos López-Otín, se consiguió aumentar la esperanza de vida en un 26’4%, y los ratones presentaron una apariencia más saludable, con un retraso en la pérdida del aseo, peso corporal ligeramente mejorado, niveles de glucosa en sangre más adecuados, menores niveles de muerte celular en el riñón, disminución de la atrofia de la mucosa gástrica y reducción de la fibrosis en el corazón y el músculo cuádriceps.

En ambos casos, los investigadores señalan que experimentos adicionales son necesarios, ya que los resultados todavía deben optimizarse. Así, entre otras limitaciones, la esperanza de vida de los ratones tratados en el primer estudio siguió siendo inferior a la de ratones sanos, y en el segundo estudio el sistema CRISPR no logró alcanzar todos los órganos que se ven afectados por la enfermedad.

CRISPR corrige la obesidad de origen genético en ratones

Científicos de la Universidad de California, San Francisco, publicaron recientemente en Science[5] un trabajo en el que se describe el uso de CRISPR para corregir la obesidad de origen genético en ratones. La obesidad en ocasiones tiene su origen en mutaciones de pérdida de función en una de las copias del gen (tenemos dos copias de cada gen), lo que lleva a una producción deficiente de proteínas, al trabajar solo una de las copias del gen, lo que se conoce como haploinsuficiencia. Según el gen que se ve afectado se produce una enfermedad diferente. En humanos, una importante causa de obesidad es una mutación de pérdida de función en el gen Sim1 o Mc4r. La estrategia del trabajo que comentamos consistió en utilizar CRISPR para avivar la expresión de la copia normal del gen, para compensar la pérdida de función de la otra copia. En este caso no se modifica el genoma, sino que la proteína que normalmente se usa para cortarlo, cas9, se utiliza en una forma inactiva, dCas9, fusionada a una proteína que activa la transcripción, es decir, la expresión genética, en este caso VP64, consiguiendo en los ratones tratados disminuyeran su grasa corporal y la ingesta de alimentos. Este sistema, llamado CRISPRa (activación mediada por CRISPR) presenta una ventaja sobre la edición genética, ya que no se modifica el genoma de forma irreversible, lo que entraña ciertos riesgos. Actualmente se estima que más de 660 genes causan enfermedades en humanos como resultado de la haploinsuficiencia. El trabajo aquí presentado supone una prueba de concepto de la posibilidad de usar CRISPR para otras enfermedades originadas por este problema.

Se consigue mediante CRISPR generar células iPS “universales”

Las iPS constituyen una fuente ilimitada para las estrategias de reparación de órganos basadas en células específicas del paciente. Sin embargo, su generación y posterior diferenciación en células o tejidos específicos conllevan distintos desafíos de fabricación, así como la necesidad de emplear un tiempo que excluye las modalidades de tratamiento agudo. Si se pudiera tener un repositorio de estas células se superarían estos problemas, pero el problema de usar células no específicas del paciente es que generan una respuesta inmune contra ellas. Sin embargo, un reciente artículo[6] publicado en Nature Biotechnology demuestra la posibilidad de utilizar CRISPR para modificar las células iPS de manera que sean indetectables para el sistema inmunológico. En el trabajo, tanto células iPS humanas como de ratón perdieron su inmunogenicidad cuando se inactivaron dos genes implicados en la respuesta inmune y se sobreexpresó otro. Las células iPS resultantes pudieron diferenciarse en células endoteliales, células musculares y células cardíacas que, al ser trasplantadas en ratones (normales o con su sistema inmune “humanizado”, según el caso), no fueron rechazadas por el sistema inmune, y los animales sobrevivieron a largo plazo sin necesidad de tratamientos de inmunosupresión. Así, estas células iPS son “universales”, de manera que son compatibles con cualquier paciente, lo que supone una nueva esperanza en el campo de la medicina regenerativa.

CRISPR corrige una enfermedad pulmonar en fetos de ratón intraútero

La herramienta CRISPR también ha sido aplicada en ratones intraútero para corregir una mutación causante de una enfermedad pulmonar letal. Estas experiencias, publicadas recientemente en Science Translational Medicine[7] suponen una nueva prueba de concepto de la posibilidad de realizar CRISPR intraútero para corregir en el estado fetal enfermedades que pueden ser muy graves, incluso letales, tras el nacimiento (ver más sobre edición genética intraútero AQUÍ).

En este trabajo se han utilizado ratones modelo de una mutación humana en el gen SFTPC, que causa una deficiencia de surfactante. El surfactante es una mezcla de lipoproteínas que resulta esencial para una función pulmonar normal. Así, los bebés que nacen con deficiencia de surfactante por esta u otra mutación sufren una muerte rápida por insuficiencia respiratoria. Por ello, en esta y otras enfermedades que cursan con muerte perinatal, cualquier intervención efectiva debe aplicarse antes del parto. La edición de genes en el útero también brinda la oportunidad de aprovechar las propiedades de desarrollo del feto para lograr una edición de genes eficiente, tales como su pequeño tamaño y la inmadurez inmunológica, que evita una respuesta inmune a la proteína Cas9 del sistema CRISPR o al vector viral de transferencia del sistema de edición genética. Además, la población de células diana puede ser más accesible en el feto. En el pulmón postnatal, las barreras inmunes y físicas limitan el acceso a las células epiteliales pulmonares, pero estas barreras aún no están tan establecidas en el estado del desarrollo fetal.

Los investigadores en este trabajo demostraron que la corrección del defecto genético antes del nacimiento mejoró el desarrollo pulmonar y la supervivencia en los animales tratados, resultados ampliamente prometedores (ver más AQUÍ).

CRISPR corrige la enfermedad de la piel de mariposa

Un reciente artículo publicado en la revista Molecular Therapy[8] reporta el uso de CRISPR para tratar la epidermólisis bullosa, una grave enfermedad comúnmente conocida como piel de mariposa, que se manifiesta desde el nacimiento o poco después y se caracteriza por la aparición de ampollas y heridas en la piel al más mínimo roce. Los pacientes deben someterse a largas y molestas curas diarias, y el riesgo de contraer infecciones por sus heridas es alto.

En el estudio que comentamos, los investigadores han utilizado CRISPR-Cas9 para corregir el gen COL7A1, encargado de la producción de colágeno, eliminando una parte (exón 80) que es la causa de la enfermedad en múltiples ocasiones.  Con esta herramienta corrigieron el genoma de una gran proporción de células madre humanas epidérmicas ex vivo, es decir, en el laboratorio, logrando restaurar la producción de colágeno. Al injertarse estas células en ratones, regeneraron una piel adecuadamente adhesiva con elevada eficacia.

CRISPR abre una nueva posibilidad terapéutica para los “niños burbuja”

La inmunodeficiencia combinada severa ligada al cromosoma X (SCID-X1) es una enfermedad por la cual bebés varones nacen sin células inmunes. Se conoce comúnmente como la enfermedad del “niño burbuja”, porque los bebés afectados tienen que estar aislados en una “burbuja” higiénica, pues cualquier infección podría ser mortal.

Un reciente artículo publicado en Nature Communications [9] reporta la utilización de CRISPR para tratar las células madre de los pacientes de manera que puedan producir las necesarias células inmunitarias.

En las personas con SCID-X1, las células madre encargadas de producir células inmunitarias y sanguíneas presentan una mutación en un solo gen, llamado ILR2 gamma, por la cual pierden su capacidad de generar células inmunitarias. Durante años, el tratamiento para SCID-X1 ha sido el trasplante de médula ósea, para dotar a los pacientes con nuevas células madre sanas. El problema del trasplante de médula ósea es que no siempre hay disponible un donante compatible, e incluso cuando lo hay, el procedimiento puede desencadenar en una gran cantidad de complicaciones. En este trabajo, los investigadores corrigieron la mutación en las células de seis personas con SCID-X1 y luego las trasplantaron en modelos de ratón de SCID-X1, que fueron capaces de crear sus propias células inmunitarias, no encontrándose efectos secundarios adversos.

Conclusión

Todos estos avances son, a nuestro juicio, muy positivos y no presentan inconvenientes éticos inherentes. No obstante, es necesario recordar que CRISPR como herramienta todavía no es perfecta, y existen riesgos asociados a su uso clínico (ver AQUÍ), por lo que los ensayos clínicos deben proceder con cautela. La regulación de esta y otras técnicas de edición genética debe contemplar la diferencia entre distintas aplicaciones, de manera que, sin entorpecer el tipo de avances que se comentan en este informe, se proteja la vida del embrión humano y el medio ambiente.

Lucía Gómez-Tatay

Observatorio de Bioética

Instituto de Ciencias de la Vida

Universidad Católica de Valencia “San Vicente Mártir”

 

[1] Regalado A. EXCLUSIVE: Chinese scientists are creating CRISPR babies. MIT Technology Review. 25 de noviembre de 2018. https://www.technologyreview.com/s/612458/exclusive-chinese-scientists-are-creating-crispr-babies/

[2] Min YL, Li H, Rodriguez-Caycedo C, Mireault AA, Huang J, Shelton JM, et al. CRISPR-Cas9 corrects Duchenne muscular dystrophy exon 44 deletion mutations in mice and human cells. Sci Adv. 2019 Mar 6;5(3):eaav4324.

[3] Beyret E, Liao HK, Yamamoto M, Hernandez-Benitez R, Fu Y, Erikson G, et al. Single-dose CRISPR-Cas9 therapy extends lifespan of mice with Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Nat Med. 2019 Mar;25(3):419-422.

[4] Santiago-Fernández O, Osorio FG, Quesada V, Rodríguez F, Basso S, et al. Development of a CRISPR/Cas9-based therapy for Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Nat Med. 2019 Mar;25(3):423-426.

[5] Matharu N, Rattanasopha S, Tamura S, Maliskova L, Wang Y, Bernard A, et al. CRISPR-mediated activation of a promoter or enhancer rescues obesity caused by haploinsufficiency. Science. 2019 Jan 18;363(6424). pii: eaau0629. doi: 10.1126/science.aau0629.

[6] Deuse T, Hu X, Gravina A, Wang D, Tediashvili G, De C, et al. Hypoimmunogenic derivatives of induced pluripotent stem cells evade immune rejection in fully immunocompetent allogeneic recipients. Nat Biotechnol. 2019 Mar;37(3):252-258.

[7] Alapati D, Zacharias WJ, Hartman HA, Rossidis AC, Stratigis JD, Ahn NJ, et al. In utero gene editing for monogenic lung disease. Sci Transl Med. 2019 Apr 17;11(488).

[8] Bonafont J, Mencía Á, García M, Torres R, Rodríguez S, Carretero M, et al. Clinically Relevant Correction of Recessive Dystrophic Epidermolysis Bullosa by Dual sgRNA CRISPR/Cas9-Mediated Gene Editing. Mol Ther. 2019 May 8;27(5):986-998.

[9] Pavel-Dinu M, Wiebking V, Dejene BT, Srifa W, Mantri S, Nicolas CE, et al. Gene correction for SCID-X1 in long-term hematopoietic stem cells. Nat Commun. 2019 Apr 9;10(1):1634. doi: 10.1038/s41467-019-09614-y.

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