La combinación de un sistema de entrega celular y un paquete de edición genética con CRISPR, podría ser clave en la batalla contra el virus SARS-CoV-2.
Berkeley Lab / 4 de junio, 2020.- Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford está trabajando con investigadores de Molecular Foundry, una instalación de usuarios de nanociencia ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab), para desarrollar un agente antiviral dirigido a genes contra COVID-19.
El año pasado, Stanley Qi, profesor asistente en los departamentos de bioingeniería y biología química y de sistemas de la Universidad de Stanford, y su equipo habían comenzado a trabajar en una técnica llamada PAC-MAN, o «Prophylactic Antiviral CRISPR in human cells», que utiliza la herramienta de edición genética conocida como CRISPR para combatir la influenza.
[Recomendado: Esfuerzos de tratamiento para COVID-19 utilizando plantas e ingeniería genética]Pero todo eso cambió en enero, cuando surgieron las noticias de la pandemia COVID-19. Qi y su equipo se enfrentaron repentinamente con un nuevo virus misterioso para el que nadie tenía una solución clara. «Entonces pensamos: ‘¿Por qué no intentamos usar nuestra tecnología PAC-MAN para combatirlo?'», dijo Qi.
Desde finales de marzo, Qi y su equipo han estado colaborando con un grupo dirigido por Michael Connolly, un asociado principal de ingeniería científica en la Instalación de Nanoestructuras Biológicas en Molecular Foundry de Berkeley Lab, para desarrollar un sistema que entregue el sistema PAC-MAN en las células de un paciente .
Al igual que todos los sistemas CRISPR, PAC-MAN está compuesto de una enzima, en este caso, la enzima Cas13 que mata el virus, y una cadena de ARN guía, que ordena a Cas13 destruir secuencias de nucleótidos específicas en el genoma del coronavirus. Al codificar el código genético del virus, PAC-MAN podría neutralizar el coronavirus y evitar que se replique dentro de las células.
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Qi dijo que el desafío clave para traducir PAC-MAN como herramienta molecular a una terapia anti-COVID-19 es encontrar una forma efectiva de administrarlo a las células pulmonares. Cuando el SARS-CoV-2, la cepa de coronavirus que causa COVID-19, invade los pulmones, los alvéolos de una persona infectada pueden inflamarse y llenarse de líquido, lo que afecta la capacidad de respiración del paciente.
«Pero mi laboratorio no funciona con métodos de entrega», dijo. Entonces, el 14 de marzo, publicaron una preimpresión (prepint) de su estudio, e incluso tuitearon, con la esperanza de llamar la atención de un posible colaborador con experiencia en técnicas de entrega celular.
Poco después, se enteraron del trabajo de Connolly sobre moléculas sintéticas llamadas lipitoides en Molecular Foundry
Los lipitoides son un tipo de imitación de péptido sintético conocido como «peptoide» descubierto por primera vez hace 20 años por el mentor de Connolly, Ron Zuckermann. En las décadas posteriores, Connolly y Zuckermann han trabajado para desarrollar moléculas de administración de peptoides como los lipitoides. Y en colaboración con los usuarios de Molecular Foundry, han demostrado la eficacia de los lipitoides en el suministro de ADN y ARN a una amplia variedad de líneas celulares.
Hoy en día, los investigadores que estudian los lipitoides para posibles aplicaciones terapéuticas han demostrado que estos materiales no son tóxicos para el cuerpo y pueden suministrar nucleótidos al encapsularlos en pequeñas nanopartículas de solo una billonésima parte de un metro de ancho, del tamaño de un virus.
Ahora Qi espera agregar su terapia para COVID-19 basada en CRISPR al creciente cuerpo de sistemas de administración de lipitoides de Molecular Foundry.
[Recomendado: Vacuna para COVID-19 obtenida en tabaco transgénico por empresa tabacalera logra éxito en laboratorio | Vacuna contra COVID-19 cultivada en plantas transgénicas muestra resultados positivos en ratones]A fines de abril, los investigadores de Stanford probaron un tipo de lipitoide, el lipitoide 1, que se autoensambla con ADN y ARN en portadores PAC-MAN en una muestra de células epiteliales pulmonares humanas.
Según Qi, los lipitoides se desempeñaron muy bien. Cuando se empacó con PAC-MAN dirigido-a-coronavirus, el sistema redujo la cantidad de SARS-CoV-2 sintético en solución en más del 90%. «Molecular Foundry de Berkeley Lab nos ha proporcionado un tesoro molecular que transformó nuestra investigación», dijo.
Luego, el equipo planea probar el sistema PAC-MAN/lipitoide en un modelo animal contra un virus SARS-CoV-2 vivo. A ellos se unirán colaboradores de la Universidad de Nueva York y el Instituto Karolinska en Estocolmo, Suecia.
Si tienen éxito, esperan continuar trabajando con Connolly y su equipo para desarrollar aún más las terapias PAC-MAN/lipitoides para el SARS-CoV-2 y otros coronavirus, y explorar la ampliación de sus experimentos para las pruebas preclínicas.
[Recomendado: ¿Un tomate como vacuna comestible que inmuniza contra COVID19? Biotecnólogos mexicanos trabajan en hacerlo realidad]«Un suministro eficaz de lipitoides, junto con la orientación CRISPR, podría permitir una estrategia muy poderosa para combatir la enfermedad viral no solo contra COVID-19 sino posiblemente contra cepas virales nuevas con potencial pandémico», dijo Connolly.
«Todo el mundo ha estado trabajando las 24 horas tratando de encontrar nuevas soluciones», agregó Qi, cuyo trabajo de preimpresión fue recientemente revisado por pares y publicado en la revista Cell. «Es muy gratificante combinar experiencia y probar nuevas ideas en todas las instituciones en estos tiempos difíciles».
El trabajo del equipo de Stanford está respaldado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.