Veloz síntesis de LNP con ARN para vacunas y fármacos

En el artículo Scalable mRNA and siRNA Lipid Nanoparticle Production Using a Parallelized Microfluidic Device, publicado en la revista Nano Letter, investigadores de la University of Pennsylvania, presentan un nuevo dispositivo capaz de producir nanopartículas lipídicas (LNP) de ARNm (mensajero) y de ARNi (de interferencia) cien veces más rápido, facilitando la producción de vacunas y medicamentos para las pandemias. Debido a que cualquier secuencia de ARNm y de ARNi deseada se puede sintetizar en cantidades masivas, uno de los mayores obstáculos es la capacidad de empaquetar esas secuencias en las nanopartículas de lípidos para que puedan alcanzar su objetivo en las células.

Crédito: Sarah J. Pastor y col. University of Pennsylvania. Nano Letter 2021

Las técnicas de fabricación existentes de las vacunas basadas en ARNm utilizan bombas y jeringas controladas por computadora para mezclar cuidadosamente dos soluciones: una que contiene el ARNm deseado y otra con los lípidos aceitosos que lo encapsularán. El momento y las proporciones correctos son clave para producir LNP utilizables, ya que esos factores determinan en última instancia el tamaño y la capacidad de las nanopartículas para encapsular el ARNm. La variabilidad en la estructura de las LNP obstaculiza su capacidad para sobrevivir al viaje hacia el objetivo en las células. La nueva tecnología se basa en el diseño de un dispositivo de microfluidos que contiene 128 canales de mezcla funcionando en paralelo. Los canales mezclan una cantidad precisa de lípidos y ARN, creando nanopartículas de lípidos individuales en una línea de ensamblaje miniaturizada. El aumento de velocidad no es el único beneficio, también permite un control más preciso del tamaño de las nanopartículas incrementando su efectividad. Estos resultados muestran que el sistema VLSMI (Integración de microfluidos a gran escala) es un método viable para hacer que las nanopartículas lipídicas sean efectivas para su uso en vacunas y terapias basadas en ARNm y ARNi. No obstante la técnica deberá seguir creciendo para satisfacer la demanda venidera y allanar el camino a una nueva ola de terapias de reemplazo de proteínas y edición de genes que revolucionará la medicina y consolidará la nanomedicina.

Información complementaria: Scalable mRNA and siRNA Lipid Nanoparticle Production Using a Parallelized Microfluidic Device.

Silenciar o editar genomas.

En el año 2006 a Craig C. Mello y Andrew Fire les otorgaron el Premio Nóbel de Medicina por el descubrimiento del ARNi. La interferencia por ARN constituye  una poderosa herramienta molecular para silenciar genes a nivel post-transcripcional. Se la utiliza para la búsqueda de las funciones asociadas a varios genes mediante genómica reversa y como herramienta terapéutica para reducir o bloquear (silenciar) la expresión de genes alterados o sobre expresados, en terapia genética.

A fines del 2012, a casi 40 años de las primeras experiencias de ADN recombinante y el nacimiento de la ingeniería genética,  aparece una nueva tecnología molecular para editar a voluntad el genoma de cualquier célula, incluyendo las humanas. La nueva tecnología se la conoce con la denominación de CRISPR/Cas9 y tiene su antecedente en un tipo de protección  presente en las bacterias contra invasores virales. El artículo “A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”, publicado en la revista Science el 17 de agosto del 2012 por los investigadores Jinek M. , Chylinski K , Fonfara I , Hauer M , Doudna JA , Charpentier E  de la Universidad de California, disparó una nueva revolución en la ingeniería genética.

El proceso para editar un genoma con el sistema CRISPR/Cas9 incluye dos etapas cruciales. En la primera etapa el ARN guía se asocia con la enzima Cas9. Rápidamente el ARN guía reconoce de forma específica una secuencia en particular del ADN (sitio de corte) y se posa ahí a través del apareamiento de nucleótidos según las reglas de Watson y Crick. La enzima Cas9 entonces corta el ADN en ese sitio con alta eficiencia. El corte se puede realizar prácticamente en cualquier parte del genoma con sólo modificar la secuencia del ARN guía (CRISPR). En la segunda etapa, una vez que se ha hecho el corte, se activan al menos dos mecanismos naturales de reparación del ADN, cortado completando el proceso de edición del ADN genómico. El primero llamado indel (insertion-deletion) genera una eliminación o una inserción de ciertas secuencias después del sitio de corte que lleva a la perdida de la función original del segmento de ADN cortado. El segundo mecanismo permite la incorporación de una secuencia particular exactamente en el sitio original de corte. Para esto se requiere la introducción a la célula de una secuencia donante junto con todo el sistema CRISPR/Cas9.

A partir de la publicación se disparó el número de investigaciones sobre el tema. A principios del año 2013 varios grupos diferentes reportaron la edición de genomas de células germinales de primates, la remoción total del VIH en células humanas y la modificación de plantas, entre otras. El Premio Nóbel Craig Mello considera al CRISPR/Cas9 con mayores posibilidades de aplicarse en la clínica en comparación con  las posibilidades de su ARNi. Las directoras de la investigación citada, Jennifer Doudna y  Emmanuelle Charpentier, se han posicionado como serias candidatas a obtener el Premio Nóbel en los próximos años.

La tecnología CRISPR/Cas9 abre una nueva época en la ingeniería genética permitiendo la edición de cualquier genoma en forma fácil, rápida y barata. Se puede programar fácilmente en un plásmido (ya lo comercializan varias compañías) y usarse directamente para editar ADN. Las posibilidades de la nueva tecnología son inmensas tanto en la terapéutica clínica como en la agricultura.

Lectura complementaria:

A programmable dual-RNA-guided DNA...