Científicos estadounidenses desarrollan tecnología CRISPR que destruye células cancerosas sin afectar tejido sano

Un equipo de bioquímicos estadounidenses ha demostrado que una nueva forma de tecnología CRISPR puede destruir selectivamente células cancerosas y células infectadas por virus sin afectar tejido sano, según un estudio publicado el 6 de mayo en la revista científica Nature.

La investigación, liderada por Ryan Jackson, profesor asociado de química y bioquímica en la Universidad Estatal de Utah, y Yang Liu, profesor asistente de bioquímica en la Universidad de Utah, presenta resultados sobre CRISPR-Cas12a2, una proteína recientemente descubierta que funciona de manera radicalmente diferente al conocido sistema CRISPR-Cas9.

"Este es un santo grial de la medicina y otras ciencias", dijo Jackson, refiriéndose al desafío histórico de eliminar enfermedades, incluido el cáncer, sin destruir tejido sano, según informó la Universidad Estatal de Utah.

Mecanismo de destrucción celular

A diferencia del sistema CRISPR-Cas9, que actúa como tijeras moleculares para hacer cortes precisos en el ADN, Cas12a2 funciona como una trituradora de papel. Mientras Cas9 utiliza un ARN guía para unirse a ADN complementario, Cas12a2 usa un ARN guía para unirse a ARN complementario, según explicaron los investigadores.

"En contraste con Cas9 activado, que hace un solo corte preciso en el ADN unido, Cas12a2 activado por un objetivo de ARN destroza todo el ADN que encuentra, matando efectivamente la célula", dijo Jackson.

La especificidad del sistema es absoluta: si el ARN guía no es un complemento perfecto del ARN objetivo, Cas12a2 no se activa y la célula permanece intacta. "Su objetivo no es corregir nada", dijo Liu. "En cambio, es destruir todo lo que ve. La enzima con la que estamos trabajando es extremadamente específica. No toca las células sanas. Eso nos impactó".

Resultados en cáncer

Los investigadores dirigieron Cas12a2 contra una mutación cancerígena en el gen KRAS, que puede causar crecimiento canceroso. Kadin Crosby, candidato doctoral en la Universidad Estatal de Utah y co-primer autor del estudio, explicó los hallazgos: "Demostramos que Cas12a2 puede matar selectivamente células que contienen una mutación de un solo punto que causa cáncer, mientras deja las células sin la mutación sin afectar, sin efectos secundarios observables".

En ratones, la terapia redujo el volumen tumoral aproximadamente un 50 por ciento después de un solo tratamiento, según el estudio. En cultivos de células de cáncer de pulmón humano con la mutación KRAS, Cas12a2 redujo el crecimiento en un 50 por ciento, funcionando tan bien como fármacos anticancerígenos establecidos como el cisplatino, según informó la Universidad de Utah.

Pero a diferencia de la quimioterapia, Cas12a2 no afectó en absoluto a las células con KRAS saludable. "La enzima con la que estamos trabajando es extremadamente específica. No toca las células sanas. Entonces, si estamos pensando en una terapia contra el cáncer, estás tratando el cáncer sin efectos secundarios. Eso nos impactó. No sabíamos que eso era posible", dijo Liu.

Aplicaciones en enfermedades virales

Cas12a2 también demostró eficacia contra infecciones virales. Cuando los investigadores lo dirigieron contra un ARN viral, la tecnología mató eficientemente células infectadas por el virus del papiloma humano (VPH, que puede causar verrugas genitales o cáncer cervical).

Colaboradores de Akribion Therapeutics descubrieron que Cas12a2 redujo el crecimiento de células infectadas en cultivos en más del 90 por ciento sin dañar células sanas, según el estudio. "Nuestra tecnología nos proporciona una herramienta poderosa para la eliminación específica de secuencias de células patógenas", dijo Paul Scholz, cofundador y director de investigación y desarrollo de Akribion Therapeutics y uno de los primeros autores del estudio.

La inyección de Cas12a2 dirigido contra VPH en tumores infectados por virus en ratones también ralentizó el crecimiento tumoral, demostrando que la estrategia puede funcionar en modelos animales de enfermedad, según informó la Universidad de Utah. Liu indicó que Cas12a2 también podría programarse fácilmente para dirigirse a otras enfermedades virales, incluido el VIH.

Desafíos y perspectivas futuras

Jared Thompson, investigador graduado en bioquímica en la Universidad de Utah y co-primer autor del estudio, contextualizó el avance: "Durante tanto tiempo como se ha practicado la medicina, un desafío significativo ha sido: ¿cómo eliminamos células dañinas sin dañar las sanas? Este es el enfoque de tanta investigación biomédica en el mundo hoy, y Cas12a2 es una herramienta muy prometedora para explorar eso".

Sin embargo, los investigadores advirtieron que queda un largo camino antes de que Cas12a2 pueda usarse en terapias humanas. La gran mayoría de las pruebas de Cas12a2 hasta ahora se han realizado en células en cultivo; se necesita más investigación para probar eficacia y seguridad con modelos animales antes de que los ensayos clínicos con pacientes se conviertan en una posibilidad.

"Si intentas tratar un organismo, diferentes sistemas de órganos podrían absorber Cas12a2", advirtió Thompson, "y aún no sabemos cómo solo la presencia de la proteína, incluso si no se está activando, afecta a un organismo". Los investigadores añadieron que, además de las preocupaciones de seguridad, administrar suficiente Cas12a2 a las partes del cuerpo que lo necesitan será un desafío fundamental.

Potencial transformador

"Debido a que Cas12a2 puede programarse con un ARN guía para dirigirse a cualquier secuencia de ARN, y muestra poco o ningún efecto fuera del objetivo, creemos que hemos descubierto una forma de matar selectivamente células en toda la biología", dijo Jackson. "Mostramos que puede usarse para enriquecer la edición genética, y para matar selectivamente células que albergan genes de virus, y para matar células con mutaciones adquiridas. Imaginamos que esta tecnología transformará la ciencia, la agricultura y la medicina de formas previamente no disponibles".

Chase Beisel, director de departamento afiliado en el Instituto Helmholtz para Investigación de Infecciones Basadas en ARN, miembro de la facultad del Instituto Botnar de Ingeniería Inmunológica y uno de los co-autores principales del estudio, añadió: "Esperamos que la comunidad de investigación explore estas nuevas posibilidades con mayor detalle, determinando cómo pueden mejorarse y aplicarse más allá de nuestro estudio de prueba de principio".

Además de tratar infecciones virales y cáncer, Liu también considera que el potencial de destrucción celular de la molécula podría aplicarse para tratar enfermedades neurodegenerativas al erradicar células en el cerebro que producen toxinas. O la molécula podría usarse para revertir otras enfermedades relacionadas con el envejecimiento al matar células enfermas que consumen recursos sin contribuir función.

Cuando se le preguntó qué sigue para esta investigación, Liu respondió: "Curar lo incurable".

Colaboración y financiamiento

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos y la familia R. Gaurth Hansen, según informó la Universidad Estatal de Utah. Las instituciones colaboradoras en la investigación incluyen la Universidad de Utah, el Instituto Helmholtz para Investigación de Infecciones Basadas en ARN y la Universidad de Würzburg en Alemania, además de Akribion Therapeutics y BRAIN Biotech AG.

El estudio fue publicado en Nature bajo el título "Muerte celular desencadenada por ARN con CRISPR-Cas12a2". Entre los autores se encuentran Thompson, Crosby, Scholz, Torsten Fauth, Nathan Krah, Grant Schlauderaff, Robin Back, Zachary Berkheimer, Alivia Jolley, Dirk Sombroek, Rebekka Medert, Christian Zurek, Oleg Dmytrenko, Emily Wilson, Friso Schut, Jared Rutter, Xiaoyang Zhang, Michael Krohn, Jackson y Beisel.

Varios autores tienen solicitudes de patentes pendientes y patentes otorgadas relacionadas con el trabajo presentado, según reveló la Universidad de Utah. Beisel es cofundador y asesor científico de Locus Biosciences, cofundador y funcionario de Leopard Biosciences GmbH, y asesor científico de Benson Hill. Zurek es empleado de BRAIN Biotech AG; Scholz, Fauth, Back, Sombroek y Medert son empleados de Akribion Therapeutics GmbH. Krohn es cofundador y co-director ejecutivo de Akribion Therapeutics GmbH.