El ARN funcionó para las vacunas contra el COVID-19. ¿Podría utilizarse para tratar el cáncer y enfermedades infantiles raras?
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Hace unas semanas, un grupo de científicos de Filadelfia informó que había inyectado a ratones instrucciones genéticas en forma de ARN, lo que provocó la células de animales para producir proteínas personalizadas.
Si eso parece no ser gran cosa en este momento, ahora que millones han pasado por un proceso similar al ser vacunados contra el COVID-19, adivina de nuevo.
Estas inyecciones no eran vacunas, y los ratones en cuestión eran fetos, por lo que el ARN tuvo que administrarse con finas agujas de vidrio del ancho de un cabello humano. El experimento, realizado por investigadores del Hospital Infantil de Filadelfia y la Universidad de Pensilvania, marcó un primer paso hacia el uso del ARN para tratar enfermedades genéticas raras antes del nacimiento.
El ácido ribonucleico ARN tenía sentido para usar en una vacuna. Eso es porque se puede codificar con la receta de una proteína específica, en este caso, los «picos» de proteína que sobresalen de cada partícula de coronavirus. El sistema inmunitario de la persona tiene la oportunidad de practicar con un fragmento del virus sin estar expuesto al virus real.
Pero mucho antes del coronavirus, los científicos imaginaron usar ARN para producir otros tipos de proteínas, lo que les permitiría tratar una variedad de enfermedades humanas. Estos incluyen condiciones en las que las proteínas naturales de la persona son deficientes de alguna manera, como la fibrosis quística y la anemia de células falciformes. Y antes de la pandemia, se estaban realizando ensayos de vacunas de ARN diseñadas para tratar el cáncer, con resultados iniciales prometedores.
El próximo horizonte es tratar la enfermedad antes del nacimiento, dijo William Peranteau, cirujano fetal en CHOP y codirector autor del nuevo estudio en ratones, publicado en Science Advances.
Si bien él y sus colegas indujeron con éxito la producción de proteínas en los ratones fetales, no se dirigieron a una enfermedad específica en esta prueba inicial de estudio de concepto. Se necesitan años de investigación antes de que el enfoque pueda probarse en fetos humanos.
Pero el atractivo es obvio, dijo Peranteau. El tratamiento de una enfermedad durante el embarazo permitiría a los médicos intervenir antes de que sea demasiado tarde, evitando potencialmente varios retrasos en el desarrollo y otras condiciones que pueden ser fatales.
«Estas serían enfermedades que causan problemas antes de que nazca el bebé ,» él dijo. «Problemas que no son fácilmente reversibles y para los cuales no existe un gran tratamiento después del nacimiento».
El mensajero de la vida
Los científicos comenzaron a reconstruir las diversas funciones del ARN no mucho después de que descubrieron la famosa hélice de doble cadena de su primo químico, el ADN, en 1953. Pronto determinaron que un tipo de ARN parecía actuar como un mensajero que transportaba las instrucciones genéticas en el ADN a la «maquinaria» celular que usa esos instrucciones para fabricar proteínas: los componentes básicos de la vida.
Como millones de estudiantes de secundaria ahora aprenden cada año en la clase de biología, ese «ARN mensajero» crucial se abrevia como ARNm. Moderna Inc., el fabricante de una de las vacunas de ARN, incluso usa la abreviatura para su símbolo bursátil.
La idea de usar ARN para tratar enfermedades dio un gran salto a principios de la década de 2000, cuando un Un par de científicos de Penn, Katalin Karik y Drew Weissman, superaron una serie de obstáculos técnicos. Un avance clave: sintetizaron ARN para que pudiera administrarse de manera segura al cuerpo humano sin desencadenar inflamación. (Karik ahora es vicepresidente sénior de BioNTech SE, la firma alemana que se unió a Pfizer Inc. para producir la otra vacuna de ARN para el COVID-19).
Pero quedaba otro obstáculo. El ARN se degrada rápidamente, por lo que los científicos necesitaban una forma de protegerlo para su entrega dentro de las células humanas. La solución: empaquetar las instrucciones genéticas dentro de diminutas esferas hechas de sustancias grasas llamadas lípidos.
Ese es el vehículo de entrega que ha funcionado tan bien con las dos vacunas de ARN, y también es el enfoque que Peranteau y sus colegas utilizado en los ratones fetales.
Órganos dirigidos
El profesor de bioingeniería de Penn, Michael J. Mitchell, el otro autor principal del estudio con ratones, probó varias combinaciones de lípidos para ver cuál funcionaría mejor .
El atractivo de las sustancias grasas es que son biocompatibles. En las vacunas, por ejemplo, dos de los cuatro lípidos utilizados para fabricar las esferas de administración son idénticos a los lípidos que se encuentran en las membranas de las células humanas, incluido el colesterol normal.
Cuando se inyectan, las esferas, denominadas nanopartículas, son engullidos por las células de la persona y luego depositan su carga, las moléculas de ARN, en el interior. Las células responden produciendo las proteínas, tal como lo hacen siguiendo las instrucciones del propio ARN de la persona. (Recordatorio importante: el ARN de las vacunas no puede convertirse en parte de su ADN).
Entre las diferentes combinaciones de lípidos que Mitchell y los miembros de su laboratorio probaron, algunas fueron mejores para llevar su carga a órganos específicos, como el hígado y los pulmones, lo que significa que podrían ser un buen vehículo para tratar enfermedades en esos tejidos.
Un candidato para los tratamientos de ARN prenatal es una familia de enfermedades metabólicas llamadas trastornos de almacenamiento lisosomal, dijo Peranteau. Se caracterizan por deficiencias de proteínas y la acumulación de subproductos tóxicos, lo que provoca diversas consecuencias en el cerebro, el corazón y los huesos en desarrollo.
Mitchell y Peranteau supervisaron la investigación con ratones como autores principales. Tres primeros autores fueron responsables de la mayor parte del trabajo práctico: Rachel S. Riley, una ex ingeniera de Penn que ahora es profesora asistente en la Universidad de Rowan, la estudiante graduada de ingeniería de Penn Margaret M. Billingsley y Meghana V. Kashyap, una ex becario de investigación de CHOP que ahora se encuentra en el Centro Médico de la Universidad de Nebraska. Weissman, quien realizó los primeros experimentos de ARN en Penn, también participó.
La capacidad de guiar las nanopartículas a órganos específicos sería crucial en el tratamiento de fetos, dijo Riley.
«Podemos , hasta cierto punto, dictan a dónde queremos que vayan», dijo. «Especialmente en un feto, uno quiere minimizar cualquier efecto fuera del objetivo».
Se necesitó una pandemia para probar el punto, pero ahora que las partículas lipídicas han tenido tanto éxito con las vacunas, dijo Riley amigos y familiares finalmente entienden la importancia de lo que ha estado trabajando durante años.
«Ahora todos me preguntan sobre las nanopartículas», dijo.
Abordar el cáncer
Entrenar el sistema inmunológico para combatir enfermedades infecciosas es bastante sencillo. Entrenarlo para combatir el cáncer es mucho más desafiante.
Sin embargo, aquí también, los científicos esperan que el ARN pueda ayudar a hacer el trabajo. Este enfoque se denomina vacuna terapéutica, lo que significa que está diseñada para tratar a alguien que ya tiene cáncer, a diferencia de una vacuna para prevenir enfermedades como la COVID-19.
Pero en ambos casos, el objetivo es persuadir a los células del receptor para producir proteínas personalizadas.
En una vacuna de ARN contra el cáncer, las moléculas genéticas llevan la receta de las proteínas en el tumor de un paciente. Las células del receptor producen las proteínas e, idealmente, el sistema inmunitario aprende a reconocerlas como extrañas y responde destruyendo el tumor mismo.
Un desafío clave en el tratamiento del cáncer es que los tumores han desarrollado una variedad de mecanismos para suprimir el sistema inmunológico. La esperanza es que las vacunas de ARN puedan ayudar a superar esta supresión, especialmente cuando se administran junto con otros medicamentos inmunoestimulantes.
Si es necesario, el ARN puede incluso adaptarse para que coincida con las mutaciones del cáncer que son exclusivas de un paciente particular. Moderna y BioNTech, los fabricantes de las vacunas contra el COVID-19, tienen pruebas de estas vacunas personalizadas contra el cáncer en curso.
Y al igual que con las vacunas contra el COVID-19, se puede diseñar rápidamente una vacuna contra el cáncer individualizada. Es solo cuestión de ensamblar el código correcto.
Hace un año, los fabricantes de medicamentos pudieron fabricar ARN de coronavirus en cuestión de días. Ahora lo están haciendo de nuevo, ajustando la receta de proteínas para que coincida con las mutaciones en algunas de las variantes de virus emergentes.
Si Peranteau y Mitchell tienen éxito, algún día las enfermedades infantiles raras podrían tratarse de la misma manera: con la mensajero de la vida.
Explore más
Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Información de la revista: Science Advances
2021 The Philadelphia Inquirer, LLC.
Distribuido por Tribune Content Agency, LLC.
Cita: el ARN funcionó para las vacunas contra el COVID-19. ¿Podría usarse para tratar el cáncer y las enfermedades raras de la infancia? (9 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-rna-covid-vaccines-cancer-rare.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.