Los investigadores están dando grandes pasos para mejorar las terapias génicas para enfermedades genéticas, en particular la enfermedad renal crónica, con vectores de dependoparvovirus (sigla en inglés, AAV). Si bien los tratamientos con base en AAV han sido prometedores, realizar estas terapias en los riñones de manera eficaz seguía siendo un desafío... Hasta ahora.
Hay muchos tipos diferentes de cápsides de AAV (la cobertura de proteína de las partículas de virus) que se han usado para ingresar genes en células. Cada uno tiene sus efectos únicos. Lo más común es que las cápsides de AAV se ingresen al cuerpo por una inyección intravenosa, pero este método ha limitado los resultados al dirigirse a células renales y a veces puede causar efectos secundarios dañinos, sobre todo para el hígado.
Sin embargo, en una nueva investigación de científicos de Oregon Health & Science University, se han descubierto múltiples factores para mejorar el traslado de genes al riñón. Esto incluye cápsides de AAV, rutas de ingreso como la inyección intravenosa o la inyección directa en la vena renal o la pelvis renal (áreas cercanas a los riñones) y el estado de la enfermedad renal.
Los resultados del estudio se publicaron hoy en Nature Communications.
El Dr. Hiroyuki Nakai, Ph.D. es profesor distinguido de Medicina Molecular en el Departamento de Genética Médica y Molecular de la School of Medicine de OHSU. Junto a sus colegas, examinó 47 cápsides diferentes de AAV en ratones con atención a los efectos de varias formas de ingreso. Una cápside, AAV-KP1, se destacó como particularmente eficaz cuando se administra directamente a los riñones por vena o pelvis renal. De esta manera, llega a las células renales con efectos mínimos en el hígado. En comparación, AAV9, que no es una cápside eficaz en riñones sanos, mostró mejor dirección hacia los riñones al inyectarse de manera intravenosa en casos de enfermedad crónica.
La investigación del equipo sugiere que estas inyecciones locales pueden mejorar la dirección hacia las células renales y reducir efectos no deseados. En tanto, la inyección intravenosa emerge como abordaje eficaz para entregar genes al riñón cuando está enfermo, pero no cuando está sano.
"Ya había un malentendido con base en la literatura de que AAV no funciona bien en el riñón", advirtió Nakai, autor sénior del artículo. "En nuestro estudio se demuestra que podemos ingresar células en túbulos y podocitos [highly specialized cells] en el riñón, los dos tipos de células más importantes para la terapia génica. Si bien hay una barrera significativa, ahora sabemos que es posible, especialmente para ciertos tipos de enfermedad renal".
El Dr. Taisuke Furusho, Ph.D., autor principal del estudio, era académico posdoctoral en el laboratorio de Nakai cuando trabajaron en el estudio. Su conocimiento experto como nefrólogo clínico ayudó a identificar las combinaciones de cápsides de AAV y rutas de ingreso que resultaron ser las más eficaces.
"Es difícil abordar el riñón con terapia génica porque se compone de muchos tipos de células diferentes y muestra complejidad estructural en comparación con otros órganos", explicó. "Las enfermedades renales genéticas se consideraban más que nada propias de pacientes pediátricos, pero se ha hallado en estudios recientes que las causas genéticas son más comunes de lo que se pensaba, tanto en niños como adultos con enfermedades renales crónicas. Si podemos corregir esa expresión génica en esos casos, esto tendría un potencial enorme".
Uno de los hallazgos más significativos del estudio es que las dos cápsides se comportan de manera diferente en términos de cómo se acumulan en el sitio de la inyección y se propagan por el cuerpo. Los investigadores descubrieron que inyectar AAV-KP1 directamente en el riñón dio como resultado dirección eficaz y específica a las células renales. En tanto, AAV9 se propagó por todo el cuerpo aún con ingreso local.
El estudio también destacó un punto importante: Los resultados variaron de manera considerable entre especies. Mostraron grandes diferencias entre ratones y primates no humanos en cuanto a cómo el virus entra en las células renales después de la inyección en la pelvis renal. El mecanismo de ingreso en células que se halló en primates no humanos permitió a los vectores AAV entrar en las células renales con presencia de anticuerpos neutralizantes anti-AAV. De esta manera se superó inmunidad preexistente en primates no humanos, lo cual no ocurrió con ratones. Estas observaciones enfatizaron la necesidad de seleccionar con cuidado la cápside de AAV correcta y el método correcto de inyección, según la especie y el estado de la enfermedad.
Nakai dijo que esta investigación brinda conocimiento sobre cómo optimizar la entrega de genes con base en AAV al riñón tanto en investigación básica como en terapia génica. Demuestra que los mejores resultados vienen no solo de elegir la cápside correcta del virus, sino también de considerar con cuidado cómo y dónde administrarla, según el estado de la enfermedad. Estos hallazgos podrían allanar el camino para tratamientos más eficaces en el futuro para personas que padecen enfermedades renales.
Además de Nakai y Furusho, los coautores/as de OHSU son: Ranjan Das, Ph.D., Dra. Hideyuki Hakui, Ph.D., Anusha Sairavi, M.S., Kei Adachi, Ph.D., Mia S. Galbraith-Liss, B.S., Pratheppa Rajagopal, Ph.D., Dr. Masahiro Horikawa, M.B.A., Shuhua Luo, B.S., Dra. Lena Li, Dr. Kentaro Yamada, Ph.D., Dra. Nicole Andeen, Gregory A. Dissen, Ph.D.
Con el fin de garantizar la integridad de nuestra investigación y como parte de nuestro compromiso con la transparencia pública, OHSU regula, sigue y gestiona las relaciones que nuestros investigadores puedan tener con entidades ajenas a OHSU. Respecto de esta investigación, Nakai y Adachi de OHSU reciben una regalía por tecnologías relacionadas con AAV licenciadas por Takara Bio Inc. y Capsigen Inc. Nakai trabaja como consultor para compañías de biotecnología, es cofundador de Capsigen, Inc. y tiene acciones en Capsigen Inc. y Sphere Gene Therapeutics.
Esta investigación contó con el respaldo de un Fondo Patrocinado de Investigación de Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. y la subvención P51 OD011092 de los Institutos Nacionales de Salud, que da apoyo al Oregon National Primate Research Center. Este trabajo utilizó el Extreme Science and Engineering Discovery Environment, que cuenta con el apoyo de la subvención número ACI‑1548562 de la National Science Foundation. De modo específico, usó el sistema Bridges-2, que tiene el apoyo de la concesión NSF número ACI-1928147 en el Pittsburgh Supercomputing Center. El ONPRC Molecular Virology Core, respaldado por P51 OD011092, brindó ensayos de neutralización de anticuerpos para NHP. El contenido es responsabilidad únicamente de los autores y no necesariamente representa las opiniones oficiales de quienes brindaron financiación.
Todas las investigaciones de OHSU en las que participen animales deben ser revisadas y aprobadas por el Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de la universidad. La prioridad del IACUC es garantizar la salud y la seguridad de los animales que participan en la investigación. El IACUC también revisa los procedimientos para garantizar la salud y seguridad de las personas que trabajan con los animales. El IACUC lleva a cabo una revisión rigurosa de todas las propuestas de investigación con animales para garantizar que demuestren valor científico y se justifique el uso de animales vivos.