Los grandes avances en ingeniería genética tuvieron lugar en las pasadas décadas de los sesenta y ochenta. De ahí surgieron las tecnologías que permitirían el aislamiento, clonación y transferencia artificial de genes de unos individuos a otros, incluso entre especies diferentes, que es a lo que se refiere el término “transgénesis”.

El salto hacia sus aplicaciones para el tratamiento de enfermedades humanas debidas a mutaciones génicas tuvo lugar en 1980 cuando se introdujo por primera vez un gen corrector de la b-talasemia grave en dos pacientes en la Universidad de Los Ángeles, California, tratar a dos pacientes con β-talasemia grave transfectando células de la médula con un gen recombinante de la globina humana [1]. Sin embargo, su promotor, el Dr. Martin Cline, no había conseguido los permisos precepticos del Instituto Nacional de la Salud de los EE.UU. (NIH) por lo que su tratamiento no se consideró éticamente aceptable y no se reconoció su mérito.

Diez años después, el NIH aprobó el primer ensayo clínico para la corrección de la enfermedad SCID, “niños burbuja”. Los doctores Michael Blaese y French Anderson hicieron frente a este reto consistente en introducir el gen ADA, responsable de la síntesis de la enzima adenosina desaminasa en células del sistema hematopoyético de recién nacidos con esta deficiencia inmunológica [2]. Tras extraer células precursoras del sistema inmunológico de la médula ósea, se cultivaban en el laboratorio, se modificaban genéticamente y se devolvían a los niños, que adquirían las defensas de que carecían previamente.

Un gran hito en la dirección del conocimiento de la base genética de las enfermedades hereditarias se produjo al culminar el Proyecto Genoma Humano en 2003. A partir del conocimiento del detalle de las secuencias nucleotídicas de nuestros genes se empezaron a desarrollar extraordinarias aplicaciones en los campos diagnóstico, terapéutico y farmacológico de la Medicina. En la línea de las aplicaciones terapéuticas se abría la posibilidad de corregir enfermedades debidas a sistemas monogénicos en células somáticas de los pacientes. Una vía para la solución de cerca de 8.000 patologías humanas.

Sin embargo, aunque se conozca la causa y se disponga de una tecnología para hacerlo, su realización es de gran complejidad y las cuestiones éticas que se plantean son especialmente de seguridad, por los efectos colaterales imprevisibles que puede reportar cualquier modificación de nuestros genes. Además, las tecnologías necesarias tienen un elevado coste, lo que hace muy difícil su aplicación en los sistemas públicos y aun privados de salud. Es de esperar que estos problemas se vayan solucionando con el tiempo.

La primera generación de terapia génica mediante CRISPR-Cas9

Tras años de ensayos, muchos fallidos, la terapia génica ha adquirido un gran impulso tras la aparición de la tecnología de la “edición génica”, a partir del descubrimiento del sistema CRISPR-Cas9. Se trata de ejercer una acción directa sobre el ADN con el fin de “editar”, es decir modificar o corregir, la secuencia de las bases nucleotídicas del ADN del gen alterado (una descripción detallada del descubrimiento y la técnica se puede seguir El mensaje de la vida. Credo de un Genetista [3]).

La aplicación médica de la tecnología CRISPR-Cas9 fue propuesta y desarrollada en 2012 por la investigadora francesa Emmanuelle Charpentier y la americana Jennifer Doudna, que fueron galardonadas con el premio Príncipe de Asturias de las Ciencias en 2015 y el Nobel de Química de 2020 por esta importante contribución. Estas investigadoras describieron como aplicar esta tecnología como un sistema de edición del genoma en junio de 2012 en la revista Science [4].

Básicamente se trata de actuar directamente sobre la región del ADN del gen alterado mediante la introducción en células humanas del paciente de dos componentes: un ARN guía, para reconocer el ADN diana y una enzima llamada Cas 9, que actúa produciendo un corte en el lugar reconocido. La técnica CRISPR se basa en el conocimiento de las secuencias de nuestro genoma y de las consecuencias patológicas de las alteraciones de los genes. La operación conlleva cortar el ADN del gen alterado por el lugar marcado por el ARN guía y, o bien dejar inhabilitado el gen (knockout) o editar el error mediante la sustitución de las bases nucleotídicas alteradas por las correctas. Es importante señalar que técnicamente hacer un knockout es más sencillo que sustituir bases nucleotídicas, pero ambas cosas son posibles con mayor o menor facilidad dependiendo de los casos. Aunque la técnica se puede aplicar in vivo, esta operación es más fácil en el laboratorio, actuando in vitro en células previamente extraídas del paciente, que posteriormente son devueltas mediante un autotrasplante.

En cualquier caso, la técnica CRISPR-Cas9 es más directa, rápida y de fácil manejo que otras tecnologías ensayadas previamente, como la llamada ”dedos de Zinc” y “TALEN” (nucleasas efectoras similares a activadores de la transcripción), CRISPR ha demostrado ser mucho más eficiente y más fácil de usar por lo que su utilización se ha extendido por los laboratorios de todo el mundo con diversos fines, y se ha convertido en la gran esperanza para la terapia de enfermedades humanas debidas a alteraciones de los genes.

En 2013, tuvo lugar la primera aplicación clínica de CRISPR-Cas9 en Holanda, en el Hubrecht Institute, para corregir una mutación del gen CFTR causante de la fibrosis quística [5]. Cinco años más tarde se inició el primer ensayo clínico en los EE.UU. por investigadores de las Universidades de Stanford, Columbia y otras instituciones, con el fin de corregir dos enfermedades relacionadas: la b-talasemia y la anemia falciforme. A finales de 2023 había registrados 89 ensayos clínicos o investigaciones que utilizan CRISPR con fines terapéuticos en la gran base de datos mundial clinicaltrials.gov. Muchos de estos ensayos se refieren a la técnica CAR-T para el tratamiento de múltiples tipos de cáncer, incluso sólidos. Sin embargo, en este artículo nos referiremos especialmente a enfermedades menos complejas, como son las debidas a un solo gen.

Lo más sorprendente es que en poco más de 10 años CRISPR se ha convertido en una herramienta para una terapia real potencialmente aplicable a los pacientes aquejados de una larga lista de enfermedades monogénicas, llegando a aprobarse los primeros tratamientos por las agencias internacionales del medicamento. Se trata de una velocidad vertiginosa para lo habitual en los cronogramas de desarrollo de nuevos fármacos, solo comparable a la rapidez del desarrollo de las vacunas basadas en el ARN mensajero contra el SARS-Cov2, responsable de la Covid-19.

La mejor prueba de concepto del rápido desarrollo de las técnicas basadas en CRISPR con fines terapéuticos lo ofrece el procedimiento CasgevyTM, para el tratamiento de la anemia falciforme y la b-talasemia desarrollado por CRISPR Therapeutics, una empresa suiza cofundada por la doctora Charpentier y la empresa biotecnológica Vertex Pharmaceuticals, con sede en Boston, Massachusetts. Este tratamiento ha sido oficialmente aprobado el 16 de noviembre de 2023 por la MHRA (autoridad regulatoria del medicamento del Reino Unido). Poco después, el 8 de diciembre, por la EMA (agencia europea del medicamento) y el 15 de diciembre por la FDA (agencia del medicamento de los EE. UU).

En la anemia falciforme, las personas aquejadas por esta enfermedad son portadoras en sus glóbulos rojos de una b-globina alterada por la sustitución de un aminoácido en su cadena, de modo que los hematíes sufren una deformación y presentan un aspecto arriñonado, en forma de hoz, a lo que se refiere la denominación de la patología. A causa de ello, desciende de forma notable la capacidad de transportar el oxígeno y los pacientes sufren problemas cardiacos, fatiga y dolor en distintas partes del cuerpo, especialmente las manos, pies, intestinos y huesos. En general se manifiesta una disminución de los glóbulos rojos normales conducente a un cuadro generalizado de anemia. La anemia falciforme es la enfermedad genética hereditaria grave más común en los Estados Unidos, donde afecta a más de 100.000 personas. La esperanza de vida es de menos de 53 años.

El conocimiento de la secuencia del gen responsable de esta patología y la existencia de otros genes alternativos dentro de la familia multigénica de las globinas humanas, indujeron a la aplicación de la tecnología de CRISPR para batir la enfermedad.

En el procedimiento CasgevyTM se extraen de la médula ósea de los pacientes las células precursoras de los hematíes, y se cultivan ex vivo. Tras la edición génica se expanden las células madre in vitro y se devuelven al paciente mediante un trasplante autólogo. Se trata de provocar una edición génica de tipo knockout para desactivar el gen BCL11A lo que implica una acción directa de tipo knockout  para evitar su expresión. Este gen es un regulador de la síntesis de una globina alternativa, la globina fetal, que solo se expresa durante la fase fetal y deja de hacerlo tras el parto. La anulación del gen BCL11A, induce la síntesis de la globina fetal, que al expresarse sustituye a la b-globina adulta. La idea de que la hemoglobina fetal puede proteger contra la enfermedad se debe a un descubrimiento de 1948, cuando la médica Janet Watson, de Long Island, New York, observó que los recién nacidos nunca mostraban los síntomas de la anemia falciforme, lo que es extraño en una enfermedad congénita, por lo que dedujo que la forma fetal de la molécula, activa durante el embarazo, protegía a los bebés durante unos meses después del nacimiento, solo hasta su reemplazamiento por la versión de la b-globina adulta alterada.

El trasplante de médula ósea implica quimioterapia y dejar espacio para las células madre editadas, lo cual implica que de momento la edición génica por este procedimiento solo se aplique a los enfermos que padecen la anemia falciforme con mayor severidad. El resultado del tratamiento por este procedimiento ha sido satisfactorio en los más de treinta pacientes tratados con CasgevyTM, que han mostrado un aumento de la hemoglobina fetal (HbF) y una reducción de las complicaciones de la enfermedad.

Hasta aquí, la buena noticia, pero hay un problema. El precio de la aplicación de CasgevyTM es de unos 2 millones de euros, unos 2,2 millones de dólares, convirtiéndose en uno de los medicamentos más caros del mundo. Esto hace que las aseguradoras aún no hayan decidido si cubrirán el costo del tratamiento, aunque dados los gastos que conlleva una enfermedad crónica y tan debilitante como la anemia falciforme es cuestión de tiempo que termine siendo aceptada por los sistemas públicos de salud.

Las siguientes terapias de edición de bases incluyen un tratamiento y una creciente lista de ensayos clínicos para el tratamiento de numerosas enfermedades monogénicas, como hipercolesterinemia, fibrosis quística, retinitis pigmentosa, distrofia muscular de Duchenne, síndrome de Rett, etc, Podemos decir que estamos en la primera generación de las aplicaciones terapéuticas de la edición genómica. Pero, siguen existiendo limitaciones, especialmente por las posibles roturas del ADN fuera del sitio diana o la falta de seguridad por efectos colaterales, ya que la corrección directa y dirigida de una diana terapéutica, no nos disipa todas las dudas sobre efectos en otros lugares [5].

Innovaciones tecnológicas y nuevos retos

La tendencia a seguir persigue aumentar la precisión de la edición génica, evitar ediciones “off-target” –fuera del objetivo-, para no afectar a otras regiones del genoma.

De lo hecho hasta ahora se concluye que es más fácil eliminar la actividad de un gen (knockout) que editarlo mediante la sustitución de sus bases. Siempre resulta más fácil destruir que construir. Sin embargo, de cara a mejorar la situación, han surgido innovaciones a la técnica que permiten mejorar los resultados especialmente en lo que atañe al aumento de precisión en la sustitución de bases en los genes alterados y para evitar errores debidos a los mecanismos naturales de reparación del ADN. De este modo, han surgido las técnicas “Base Editing” y “Prime Editing” [6]. La primera dirigida a sustituir de forma precisa una Adenina (A) por una Guanina (G), o una Citosina (C) por una Timina (T). A diferencia de la CRISPR-Cas9, de primera generación, “Base Editing” corta ambas cadenas en la diana del ADN. Además, la enzima Cas9 guía a otras enzimas al sitio elegido, donde pueden realizar el trabajo necesario para cambiar las bases del ADN.

Por otra parte, en 2019, surgió un nuevo sistema CRISPR llamado “Prime Editing” que permite cambiar bases de ADN individuales, e insertar o eliminar pequeños tramos de ADN en sitios específicos. A diferencia de la edición génica de primera generación, esta innovación puede reconocer y corregir casi cualquier sitio del genoma de forma más precisa a pesar de su mayor complejidad.

Dado que la corrección de muchas enfermedades monogénicas conlleva el silenciamiento del gen alterado, otro procedimiento a seguir es anular la expresión génica de forma indirecta, a través de una modificación epigenética. Las técnicas dirigidas a modificar el epigenoma no han avanzado tan rápidamente como la edición de bases del genoma probablemente por el hecho de que las modificaciones epigenéticas son menos consistentes y pueden borrase durante la división celular. Los resultados de las investigaciones relacionadas con las modificaciones epigenéticas son más imprevisibles que todo lo avanzado en relación con la edición de las secuencias de los genes. Se trata de un nuevo reto, un campo abierto a nuevas investigaciones.

Nos encontramos en un momento de gran expectación. Estamos en el umbral de la segunda generación de la tecnología CRISPR para aplicaciones terapéuticas. Una nueva generación que trata de superar las limitaciones con un aumento de precisión y versatilidad, lo que abre un camino de gran esperanza en el tratamiento de muchas enfermedades.

 

Nicolás Jouve

Catedrático Emérito de Genética

Miembro del Observatorio de Bioética

Ex miembro del Comité de Bioética de España

 

[1] Cline M.J. «Perspectives for gene therapy: inserting new genetic information into mammalian cells by physical techniques and viral vectors». Pharmacol. Ther. 1985; 29: 69-92

[2] Anderson W. F. «Prospects for human gene therapy». Science. 1984, 226 (4673): 401–409.

[3] Jouve, N. El mensaje de la vida. Credo de un genetista. (Ed. Encuentro, Madrid, 2020).

[4] Doudna, J.A., Charpentier, E. «Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9». Science 2014, 346 (6213), 1258096

[5] Huang, M.E., Qin, Y., Shang, Y. et al. «C-to-G editing generates double-strand breaks causing deletion, transversion and translocation». Nat Cell Biol (2024).

[6] Testa LC, Musunuru K. Base Editing and Prime Editing: Potential Therapeutic Options for Rare and Common Diseases. BioDrugs. 2023 Jul;37(4):453-462.

 

 

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