Correção de mutações em células-tronco musculares usando a nova tecnologia de edição de genes

Uma nova técnica de edição de genes pode ser usada para corrigir mutações em células-tronco musculares e abrir caminho para a primeira terapia celular possível para doenças musculares genéticas. A equipe do ECRC, liderada pela Professora Simone Spuler, publicou seus resultados na revista “JCI Insight”.

As células-tronco musculares permitem que nossos músculos se construam e se regenerem por toda a vida por meio de exercícios. No entanto, quando certos genes musculares sofrem mutação, ocorre o oposto. Em pacientes com distrofia muscular, o músculo esquelético começa a enfraquecer na infância. De repente, essas crianças não conseguem mais correr, tocar piano ou subir escadas e, muitas vezes, aos 15 anos ficam dependentes de uma cadeira de rodas. No momento, não há terapia para essa condição.

Agora podemos acessar as mutações genéticas desses pacientes usando a tecnologia CRISPR-Cas9. Cuidamos de mais de 2.000 pacientes no ambulatório Charité para distúrbios musculares e rapidamente reconhecemos o potencial da nova tecnologia. “

Professora Simone Spuler, Chefe do Laboratório de Miologia do Centro de Pesquisa Experimental e Clínica (ECRC)

Os pesquisadores começaram imediatamente a trabalhar com algumas das famílias afetadas e agora apresentam seus resultados na revista. JCI Insight. Nas famílias estudadas, os pais eram saudáveis ​​e não faziam ideia de que tinham um gene mutado. Todas as crianças herdaram uma cópia da mutação da doença de ambos os pais.

Células-tronco de músculo humano processadas desenvolvidas em fibras musculares em ratos

O termo “distrofia muscular” refere-se a cerca de 50 doenças diferentes. “Todos eles seguem o mesmo curso, mas diferem devido à mutação de genes diferentes”, explica Spuler. “E mesmo dentro dos genes, diferentes lugares podem sofrer mutações.” Após uma análise do genoma de todos os pacientes, os pesquisadores selecionaram uma família com base em sua forma particular da doença: Distrofia muscular 2D / R3 da cintura do membro é relativamente comum, progride rapidamente e tem um ponto de encaixe adequado para a “tesoura genética”. à mutação no DNA.

Para o estudo, os pesquisadores pegaram uma amostra de tecido muscular de um paciente de dez anos, isolaram as células-tronco, multiplicaram-nas in vitro e usaram a manipulação de bases para substituir um par de bases no local da mutação. Eles então injetaram as células-tronco musculares processadas nos músculos de camundongos, que podem tolerar células humanas estranhas. Estes se multiplicaram em roedores e se desenvolveram principalmente em fibras musculares. “Isso nos permitiu mostrar pela primeira vez que é possível substituir as células musculares doentes por outras saudáveis”, diz Spuler. Após mais testes, as células-tronco reparadas são reintroduzidas no paciente.

Usinagem básica – uma técnica sofisticada

A edição básica é uma variante mais recente e sofisticada da ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9. Enquanto no método “clássico” ambas as fitas de DNA são cortadas com essas tesouras moleculares, as enzimas Cas usadas para o processamento de base apenas removem a glicose residual de uma determinada base e anexam outra, criando uma base diferente no lado alvo? ˅. “Esta ferramenta funciona mais como uma pinça do que como uma tesoura e é perfeita para direcionar mutações pontuais em um gene”, diz o Dr. Helena Escobar, bióloga molecular da equipe de Spuler. “É também um método muito mais seguro porque as alterações indesejadas são extremamente raras. Nas células-tronco musculares geneticamente reparadas, não vimos nenhum erro de contagem em regiões indesejadas do genoma.” Escobar é o principal autor do estudo e quem desenvolveu a técnica para as células musculares.

A terapia celular autóloga, na qual as células-tronco do paciente são removidas, processadas fora do corpo e então reinjetadas no músculo, significa que as pessoas que já estão em uma cadeira de rodas não podem mais andar. “Não podemos reparar músculos que já estão atrofiados e foram substituídos por tecido conjuntivo”, enfatiza Spuler. E o número de células que podem ser manipuladas in vitro também é limitado. No entanto, o estudo fornece a primeira evidência de que uma forma de terapia é possível até mesmo para um grupo de doenças anteriormente incuráveis, e poderia ser usada para reparar pequenos defeitos musculares, como o do flexor do dedo.

Um passo mais perto de uma cura

No entanto, este é apenas o primeiro passo. “O próximo marco será encontrar uma maneira de injetar o editor básico diretamente no paciente. Uma vez no corpo, ele nada por um curto período de tempo, manipulando todas as células-tronco musculares, e então rapidamente entrando em colapso novamente.” A equipe planeja começar seus primeiros experimentos em um modelo de camundongo em breve. Se isso funcionar, os recém-nascidos podem ser testados para mutações genéticas no futuro, e a terapia curativa pode ser iniciada em um momento em que poucas células precisariam ser processadas.

Qual seria a aparência exata da terapia in vivo para distrofia muscular? Isso é algo que os cientistas vêm testando há algum tempo em modelos animais com vetores virais. No entanto, Helena Escobar explica que o risco de engano e efeitos tóxicos é muito alto porque esses vetores permanecem no corpo por muito tempo. “Uma alternativa seriam as moléculas de mRNA que contêm as informações de que o editor precisa para sintetizar as ferramentas in vivo”, diz o biólogo molecular. “O mRNA é quebrado muito rapidamente no corpo, de modo que as enzimas terapêuticas só podem permanecer em um estado ativo por um curto período de tempo.” A terapia provavelmente também poderia ser repetida, se necessário. “Ainda não sabemos se este tem que ser um ciclo de terapia que inclui várias aplicações.”

Essa abordagem terapêutica significaria que, ao contrário da terapia com células autólogas, nem todo paciente teria que ser tratado individualmente. Para qualquer forma de terapia muscular, uma “ferramenta” seria suficiente para curar a atrofia muscular antes que qualquer dano maior ocorresse. Mas ainda há um longo caminho a percorrer.