Mención Ciencias - Ciencias Exactas, Físicas y Naturales - 2023

CRISPR/nCas9-based genome editing for GM2 gangliosidoses and mucopolysaccharidoses IVA using non-viral vectors - (Edición del genoma basada en CRISPR/nCas9 para gangliosidosis GM2 y mucopolisacaridosis IVA utilizando vectores no virales)


Autores: Carlos Javier Alméciga Díaz (Representante del Colectivo), Angela Johana Espejo Mojica, Andrés Felipe Leal Bohórquez, Luis Humberto Reyes Barrios y Juan Carlos Cruz Jiménez
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Reseña

Las enfermedades de depósito lisosomal (EDL) son enfermedades raras y monogénicas, pertenecientes al grupo de trastornos genéticos conocido como Errores Innatos del Metabolismo (EIM), y están causadas por mutaciones en genes que codifican enzimas para la correcta función del lisosoma. El grupo de las EDL está constituido por unas 70 enfermedades entre las que se encuentran las gangliosidosis GM2 y la mucopolisacaridosis IVA (MPS IVA).

Las gangliosidosis GM2 incluyen las enfermedades de Tay-Sachs (TSD), Sandhoff (SD) y la variante AB, que afectan principalmente al sistema nervioso central debido a una degradación defectuosa del gangliósido GM2 en el lisosoma. Por su parte, la MPS IVA es una enfermedad sistémica causada por la deficiencia de la enzima GALNS, que conduce a la acumulación lisosomal de los glicosaminoglicanos (GAGs) condroitín-6-sulfato (C6S) y queratán sulfato (QS). Los pacientes con MPS IVA padecen displasia esquelética y afecciones cardiorrespiratorias.

En la actualidad no se dispone de un tratamiento específico para las gangliosidosis GM2, mientras que el manejo aprobado para la MPS IVA tiene varias limitaciones, entre ellas su elevado costo y su reducido impacto en las principales manifestaciones clínicas de la enfermedad. Adicionalmente, la MPS IVA es uno de los Errores Innatos del Metabolismo más frecuentes en Colombia, y su prevalencia en nuestro país es una de las más altas a nivel mundial. En el caso de las gangliosidosis, hay pocos pacientes diagnosticados en Colombia, aunque es muy probable que esto se deba a un subregistro, como ocurre con otras enfermedades raras.

Ante este panorama, es clave evaluar nuevos enfoques terapéuticos para ambos trastornos. Dado que las mutaciones genéticas son la causa principal de estas enfermedades, siguen siendo prometedores los enfoques de terapia génica (TG) y el desarrollo de vectores no virales. Estos últimos permiten superar los retos asociados a los vectores virales, como el alto costo, la baja capacidad de empaquetamiento y la respuesta inmune.
El estudio ganador de la mención de honor de la Fundación Alejandro Ángel Escobar en la categoría de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales desarrolló y probó una nueva estrategia de edición del genoma basada en CRISPR/nCas9. Para ello utilizó una nicasa Cas9 (nCas9) en modelos de gangliosidosis GM2 y MPS IVA, usando nanopartículas de óxido de hierro (IONP) como posibles vectores no virales. El sistema CRISPR/nCas9 se dirigió a sitios seguros dentro del genoma humano y de ratón, es decir, los loci AAVS1 y ROSA26, respectivamente. La edición génica se realizó transfectando un sistema compuesto por un plásmido que expresaba nCas9 y los ARNg para AAVS1 o ROSA26, y un plásmido que portaba un casete de expresión flanqueado por los brazos de recombinación para AAVS1 o ROSA26.

Este trabajo se merece una Mención de Honor “por su pertinencia y relevancia clínica al abordar enfermedades raras sin opciones de tratamiento efectivas. Aporta nuevo conocimiento en el campo de las ciencias exactas, al demostrar por primera vez el potencial de CRISPR/nCas9 como una herramienta para el desarrollo de enfoques terapéuticos novedosos para las enfermedades de almacenamiento lisosomal, especialmente para MPS IVA. Este trabajo sienta las bases para futuros avances en el campo de la terapia génica y el tratamiento de enfermedades raras”, señalaron los juradores evaluadores de la propuesta, entre otras razones para otorgar el reconocimiento.

Cabe destacar que la nueva nanopartícula de óxido de hierro mostró eficacias de transfección similares a las observadas con un vector comercial no viral, lo que demuestra el potencial de este vector para el desarrollo de estrategias de administración de genes en casos de enfermedades raras y comunes. La evaluación in vitro del sistema CRISPR/nCas9 para la gangliosidosis GM2 y la MPS IVA mostró que la expresión transgénica a largo plazo afectaba positivamente a la acumulación de GAGs, la masa lisosomal y la liberación de especies reactivas del oxígeno dependientes de las mitocondrias. Estos resultados allanaron el camino para el diseño de una evaluación in vivo de la estrategia CRISPR/nCas9 utilizando un modelo de ratón de MPS IVA.

En ratones recién nacidos con MPS IVA, la administración intravenosa del sistema CRISPR/nCas9 utilizando el vector no viral basado en magnetita mostró un aumento significativo de la actividad GALNS en plasma tras 12 semanas postratamiento, así como un aumento de la actividad en varios tejidos, incluido el hueso, que es uno de los principales tejidos afectados en los pacientes con MPS IVA. Se logró una disminución del queratán sulfato en plasma y tejidos periféricos, así como hallazgos histológicos positivos. Además, la edición del genoma basada en CRISPR/nCas9 y el vector no viral no indujeron ninguna toxicidad hepática o renal observable en los ratones con MPS IVA. La homeostasis del hierro tampoco se vio afectada.

En conjunto, estos resultados mostraron, por primera vez, el potencial de la nicasa CRISPR/nCas9 como una herramienta potencial para el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos para este grupo de enfermedades, especialmente para la MPS IVA. Adicionalmente, el estudio representa un aporte importante para la construcción de capacidades técnico-científicas que contribuyan al logro de la soberanía en salud, especialmente en el área de medicamentos biológicos, en la que Colombia se encuentra muy rezagada.

Esta investigación, que combinó la ciencia básica y la ingeniería, constituyó la tesis doctoral de Andrés F. Leal, estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas de la Pontificia Universidad Javeriana, Bacteriólogo y MSc en bioquímica. Adicionalmente, el equipo de investigación estuvo conformado por Carlos Javier Alméciga Díaz, Químico Farmacéutico, PhD en Ciencias Biológicas y Profesor Titular de la Pontificia Universidad Javeriana; Ángela J. Espejo, Microbióloga Industrial, PhD en Ciencias Biológicas y Profesora Asistente de la misma universidad; Juan Carlos Cruz, Ingeniero Químico, PhD en Ingeniería y Profesor Asociado de la Universidad de los Andes; Luis H. Reyes, Ingeniero Químico, PhD en Ingeniería y Profesor Asociado también de los Andes.


Datos de Contacto
Si está interesado en conocer más acerca de esta investigación, puede escribir al correo cjalmeciga@javeriana.edu.co o llamar al número (57) 310 813 7444.
Fundación Alejandro Ángel Escobar. Esmeralda Triana, Coordinadora de premios. Cel. 3106350766. Teléfono. 6019279141 - comunicaciones@faae.org.co


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