Investigadores de Children’s Hospital of Philadelphia y de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han identificado nanopartículas de lípidos ionizables que podrían usarse para administrar ARNm como parte de la terapia fetal. El estudio de prueba de concepto study, que se publicó hoy en Science Advances, diseñó y examinó una serie de formulaciones de nanopartículas lipídicas para atacar órganos fetales de ratones y sentó las bases para probar terapias potenciales para tratar enfermedades genéticas antes del nacimiento.

“Este es un primer paso importante en la identificación de enfoques no mediados por virus para brindar terapias de vanguardia antes del nacimiento”, dijo el coautor principal, el Dr. William H. Peranteau, cirujano asistente en la División de Cirugía General, Torácica y Fetal y la Cátedra Distinguida en Cirugía Fetal y Pediátrica Adzick-McCausland en CHOP. “Estas nanopartículas lipídicas pueden proporcionar una plataforma para la entrega de ARNm en el útero, que se utilizaría en terapias como el reemplazo de proteínas fetales y la edición genómica”.

Michael J. Mitchell, profesor adjunto de Innovación en el Departamento de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería Skirkanich en Pensilvania, es el otro coautor principal del estudio.

Desarrollar formas de tratar de forma segura las enfermedades prenatales

Los recientes avances en la tecnología de secuenciación del ADN y el diagnóstico prenatal han hecho posible diagnosticar muchas enfermedades genéticas antes del nacimiento. Algunas de estas enfermedades se tratan con terapias de reemplazo de proteínas o enzimas después del nacimiento, pero, para entonces, algunos de los efectos dañinos de la enfermedad ya se han desarrollado. Por lo tanto, la aplicación de terapias mientras el paciente aún está en el útero tiene el potencial de ser más eficaz para algunas afecciones. El tamaño pequeño del feto permite una dosis terapéutica máxima, y el sistema inmunitario fetal inmaduro puede ser más tolerante a la terapia de reemplazo.

De los vehículos potenciales para introducir el reemplazo terapéutico de proteínas, el ARNm es distinto de otros ácidos nucleicos, como el ADN, porque no necesita ingresar al núcleo y puede usar la propia maquinaria del cuerpo para producir las proteínas deseadas. En la actualidad, los métodos comunes de administración de ácidos nucleicos incluyen vectores virales y enfoques no virales. Si bien los vectores virales pueden ser adecuados para la terapia génica, conllevan el riesgo potencial de una integración no deseada del transgén o partes del vector viral en el genoma receptor. Por lo tanto, existe una necesidad importante de desarrollar tecnologías de administración de ácidos nucleicos no virales, seguras y efectivas, para tratar enfermedades prenatales.

Hallazgos del estudio

Con el fin de identificar posibles sistemas de administración no virales de ARNm terapéutico, los investigadores diseñaron una biblioteca de nanopartículas lipídicas, pequeñas partículas de menos de 100 nanómetros de tamaño que entran de manera efectiva en las células de los receptores fetales de ratón. Cada formulación de nanopartículas lipídicas se utilizó para encapsular ARNm, que se administró a fetos de ratón. Los investigadores descubrieron que varias de las nanopartículas lipídicas permitían la entrega de ARNm funcional a los hígados fetales, y que algunas de esas nanopartículas lipídicas también entregaban ARNm a los pulmones e intestinos del feto. También evaluaron la toxicidad de las nanopartículas lipídicas y descubrieron que eran tan o más seguras que las formulaciones existentes.

Al identificar las nanopartículas lipídicas que podían acumularse en los hígados, pulmones e intestinos fetales con la mayor eficiencia y seguridad, los investigadores también probaron el potencial terapéutico de esos diseños usándolos para administrar ARNm de eritropoyetina (EPO), porque la proteína EPO es fácilmente rastreable. Descubrieron que la administración de ARNm de EPO a las células hepáticas en fetos de ratón provocaba niveles elevados de proteína EPO en la circulación fetal, lo que proporciona un modelo para la terapia de reemplazo de proteínas a través del hígado, utilizando estas nanopartículas lipídicas.

“Un desafío central en el campo de la terapia génica es el suministro de ácidos nucleicos a las células y tejidos objetivo, sin causar efectos secundarios en el tejido sano. Esto es difícil de lograr en animales y humanos adultos, lo que se ha estudiado ampliamente. Se sabe mucho menos en términos de lo que se requiere para lograr el suministro de ácido nucleico in utero,” dijo Mitchell. “Estamos muy entusiasmados con los resultados iniciales de nuestra tecnología de nanopartículas lipídicas para administrar ARNm in utero de manera segura y eficaz, lo que podría abrir nuevas vías para las terapias de nanopartículas lipídicas y ARNm para tratar enfermedades antes del nacimiento”.

Riley R. S., Kashyap M. V., Billingsley M. M., White B., Alameh M.G., Bose S.K., Zoltick P. W., Li H., Zhang R., Cheng A. Y., Weissman D., Peranteau W. H., Mitchell M. J. “Ionizable Lipid Nanoparticles for In Utero mRNA Delivery” (Nanopartículas lipídicas ionizables para la entrega de ARNm en el útero) Science Advances, en línea el 13 de enero de 2021, fecha de publicación: 10.1126/sciadv.aba1028