Història de la teràpia gènica

Després del minut més llarg de la meva vida, l'investigador principal va intervenir i vaig retirar la mà del pit de Jesse. Després d'auscultar-ho un moment, va dir: "Adéu, Jesse, acabarem per entendre què ha passat."

Paul Geslinger

Als 80, després de 30 anys estudiant l'ADN, els científics van decidir per fi intentar manipular-lo per curar la gent. Si gen defectuós causa una malaltia genètica, aleshores arreglem el gen. Si el càncer sorgeix per una mutació, corregim-la. La biologia està xuclada. I res no era impossible als anys 80! Amb diners, visió, un pentinat absurd i un paquet de Marlboro, no hi havia res que no poguessis aconseguir.

Figura 1: Genetistes dels anys 80 preparant-se per triomfar

Però la realitat és tossuda. Les quatre dècades següents revelarien que reescriure el nostre ADN, aparentment, sempre estava a un pas de distància , i que el camí cap a dominar el nostre genoma està ple d'errors, nens morts, fracassos embarassos, èxits espectaculars i pistoles. Sí, pistoles.

Aquí hi ha una breu història de la medicina genètica fins ara.

Corrupció

Modificar l'ADN de les més de 30 bilions de cèl·lules del cos humà és una tasca aclaparadora. És natural, doncs, que els humans —una espècie força mandrosa— busquessin l'ajuda de l'únic organisme del planeta capaç de fer-ho: els virus .

La primera varietat que va cridar l'atenció de científics i inversors de tot el món van ser els adenovirus, una àmplia família de virus responsables d'aiguafestes com la gastroenteritis, la conjuntivitis o la cistitis.

Els adenovirus ('AV') resultaven atractius per diverses raons; són altament infecciosos, poden transportar moltíssims gens, i no canvien el genoma de manera permanent. Aquest és un detall rellevant; quan un AV infecta una cèl·lula, els seus gens no s'integren als cromosomes de l'hoste; majoritàriament, romanen en forma d'ADN episòmic ("flotant"). Les cèl·lules infectades no repliquen el nou ADN, per la qual cosa els nous gens no queden impresos permanentment a l'hoste.

Això es pot percebre com un desavantatge, però els canvis genètics temporals són més que desitjables perquè, encara que no poden guarir malalties genètiques de forma permanent, comporten molt menys risc de causar mutacions catastròfiques, i continuen sent útils en munts de malalties que requereixen una solució temporal (com la vacunació, per citar-ne un exemple). I, per descomptat, no està de més que impliquin un tractament crònic, el model de negoci preferit de les farmacèutiques.

Els assaigs clínics de teràpies gèniques intervingudes per AV van proliferar a la dècada de 1990. Es van formar multitud d'empreses en base a la promesa de curar la fibrosi quística, l'hemofília, la distròfia muscular, els trastorns metabòlics, el que sigui; es van invertir milers de milions de dòlars. El món es va preparar per acabar amb les malalties hereditàries per sempre . I, naturalment, el 'boom' de la teràpia gènica dels 90 va curar les malalties hereditàries més o menys tant com l'auge dels concerts benèfics dels anys 80 va acabar amb la gana mundial.

Figura 2: contra tota lògica, el Live Aid no va acabar amb la fam a l'Àfrica

El 1999, la Universitat de Pennsilvània va dur a terme un assaig clínic de teràpia gènica per a la deficiència d'ornitina transcarbamilasa, un trastorn metabòlic que afecta el fetge. Un dels participants, Jesse Gelsinger, va rebre una dosi sistèmica alta del vector (3,8×10 ¹³ partícules virals); gairebé immediatament, va desenvolupar una greu resposta inflamatòria i, en 4 dies, el voluntari de 18 anys havia mort .

El sistema immunitari no va interpretar aquests 38 bilions de virus com una cura, sinó com una infecció massiva, i la resposta va ser una catastròfica tempesta de citocines i una fallada multiorgànica.

Però què va matar Jesse, realment? La història potser s'entendrà millor des del punt de vista del pare, Paul Gelsinger. Al principi va recolzar l'equip científic, fins i tot en assabentar-se que havien amagat les morts de diversos micos en assajos preclínics. Però després va descobrir que James Wilson, el científic que liderava l'assaig, també tenia una participació significativa (fins a un 30%) a Genovo, l'empresa biotecnològica que finançava l'assaig i que tenia els drets de comercialització del vector adenovíric.

Jesse, va concloure Paul, no va morir tant per una mala ciència com per " un sistema i una gent plens de conflictes d'interès ". El seu relat de la història és una commovedora lliçó de saviesa i compostura: https://www.circare.org/submit/jintent.pdf .

Figura 3: Paul Gelsinger, pare de Jesse, en una audiència al Senat el 2002

"El document de consentiment informat no descrivia adequadament els riscos observats en estudis previs amb animals ni en subjectes previs inscrits a l'assaig", deia la carta de la FDA que va paralitzar l'assaig. De fet, els investigadors de la FDA van descobrir que més gent havia mort en assajos anteriors i que menys del 4% dels efectes adversos es reportaven a les autoritats . I, tot i això, Wilson va seguir endavant (amb la seva reputació danyada, és clar), i va acabar fent caixa – segons es diu, Genovo li va reportar eventualment 13,5 milions de dòlars. Així que sí, la justícia va ser laxa.

La mort de Jesse Gelsinger va suposar un punt d'inflexió per als assajos clínics, i després del 1999 es van introduir o reforçar controls com ara la notificació obligatòria d'esdeveniments adversos greus, juntes independents de supervisió de dades i seguretat, declaracions de conflicte d'interessos i penes de presó per incompliments.

Però tornant a la ciència, la mort de Jesse també va mostrar una cosa: les dosis d'adenovirus necessàries per guarir una malaltia també generaven reaccions immunitàries exorbitants. Clarament, l'adenovirus era sorollós i inflamatori , i els investigadors van començar a buscar una mica més tranquil.

Armes

Introduir la quantitat adequada d'ADN extern en teixits humans amb prou precisió, i sense generar una resposta immune perjudicial, requereix, com acabem de veure, una gesta de la bioenginyeria. Així doncs, és natural que els nord-americans apliquessin el mateix enfocament subtil i sofisticat que apliquen a tants altres problemes complexos: enganxar-li un tret .

Entre 1983 i 1986, John, Ed i Nelson, a la Universitat de Cornell, juntament amb el seu amic Ted de l'empresa química DuPont, van adaptar una pistola d'aire Crosman perquè disparés partícules de tungstè recobertes amb marcadors genètics, amb la idea que l'ADN entrés a la cèl·lula i fos adoptat.

Palets científics divertint-se amb pistoles? Pot semblar-ho, però no. De fet, la Pistola Genètica és una forma sorprenentment fiable de modificar l'ADN d'éssers vius... sempre que acceptis una taxa de mort cel·lular del 20-50% i eliminis els mutants no desitjats. Clínicament, això estaria al nivell dels experiments del Dr. Mengele, així que la pistola genètica només s'ha fet servir en plantes (a ningú no li importen els sentiments de les plantes).

El primer tret de la primera pistola genètica va anar, de fet, a una ceba.

I la pistola genètica, que funciona molt bé, va tenir la seva època daurada: es va utilitzar per crear els primers cultius viables genèticament modificats (“GM”), i el seu ús per empreses com Monsanto és considerat el culpable, o l'arquitecte (com prefereixis), del 'boom' del blat de moro transgènic a tot el món.

Discreció

El virus adenoassociat — AAV — mai no va interessar gaire els biòlegs; no causa malalties en humans, requereix virus auxiliars per replicar-se, i porta càrregues genètiques molt petites. Però precisament per aquestes raons, no causen l'enrenou immunitari dels adenovirus: inflamació, cèl·lules de l'hoste rebentades, replicació de proteïnes virals juntament amb l'ADN terapèutic... els AAV són més discrets i delicats, i el sistema immunitari és molt més tolerant amb ells.

Després de la mort de Jesse Gelsinger, aquestes qualitats eren un tresor .

Figura 4: portadors virals més comuns a la teràpia de reemplaçament gènic

I encara que és cert que els AAV no poden transportar grans càrregues genètiques (4,7 kb com a màxim, insuficient per transportar voluminosos supressors tumorals o constructes multigènics), sí que són perfectament capaços de portar càrregues com el gen RPE65, la solució terapèutica per a un tipus de ceguesa congènita utilitzada pel Lux. I funcionen.

Així, hi ha una dotzena de teràpies de reemplaçament gènic basades en AAV al mercat , que ja acumulen vendes de més de 10.000 milions de dòlars; en canvi, no hi ha cap teràpia de reemplaçament gènic amb adenovirus que hagi tingut èxit comercial.

Càncer

Els retrovirus reben aquest nom perquè escriuen inversament el seu propi ADN als cromosomes de la cèl·lula, integrant-lo així al genoma de l'hoste. El gen inserit passa a formar part del cromosoma, es copia cada vegada que la cèl·lula es divideix, i es transmet a les cèl·lules filles com si sempre hi hagués estat.

Per descomptat, això sembla atractiu, però en realitat pot ser un malson biològic, ja que la probabilitat d'inserir gens a llocs aleatoris és molt elevada , amb resultats imprevisibles. Bé, en realitat, amb un resultat força previsible: càncer .

Això va ser dolorosament evident el 2003, en un assaig clínic en què nens amb immunodeficiència combinada severa (malaltia del "noi bombolla") van rebre cèl·lules mare genèticament corregides. Els seus sistemes immunitaris van començar a funcionar, i alguns van sortir de les bombolles, per a alegria de tots... fins que cinc nens van desenvolupar leucèmia (un va morir). La festa va acabar de sobte.

El culpable aquí no era un concepte erroni, sinó una arquitectura naïf. Per assegurar-se que els gens corregits s'integressin, es van incloure a la teràpia una sèrie de potents potenciadors i interruptors genètics. Però, per pur atzar, el vector s'havia integrat a prop d'un protooncogèn (LMO2), que esdevingué sobreactiu. Estadísticament, era inevitable: el gen corregit, amb tots els seus super-senyals d'activació, havia acampat just al costat del cau d'un monstre , i el monstre havia despertat.

Figura 5: la desafortunada activació de l'oncogèn LMO2

Sembla una ximpleria, vist en retrospectiva. Avui sabem que el genoma no és un camp buit on es pugui plantar un gen a l'atzar; és un paisatge dens, ple de senyals i dimonis adormits; si plantes el teu promotor genètic al barri equivocat, tindràs problemes.

Aquestes morts van frenar novament el desenvolupament de la teràpia gènica, però aquesta vegada la comunitat científica només va haver de solucionar un problema científic. Es van millorar el control i la precisió, per evitar que els gens s'integressin o se sobreexpressessin en qualsevol lloc i de qualsevol forma; es va canviar el gamma-retrovirus per un parent proper (el lentivirus), i el martell es va convertir en un bisturí.

Amb aquests canvis, les teràpies gèniques basades en vehicles retrovirals es van convertir en un èxit rotund, amb vendes acumulades de milers de milions de dòlars - incloent els tractaments antitumorals CAR-T dels quals tant heu sentit a parlar.

Falsificació

L'ADN no té poder real fins que es fa servir per construir alguna cosa. I els cromosomes, en realitat, mai no es fan servir per construir coses: són la còpia mestra, i mai surten del nucli de la cèl·lula. Quan una cèl·lula necessita construir alguna cosa, crea una còpia exacta d'ARNm (ARN missatger) dels plànols de l'ADN i envia la còpia de l'ARNm fora del nucli cap als centres de producció, els ribosomes.

Figura 6: Traducció d'ADN vs. producció al taller

El concepte de teràpia amb ARNm és bonic: en lloc de donar al cos una còpia de l'ADN correcte, cosa que equivaldria a col·locar una còpia corregida del pla a l'arxiu central, s'envia l'ARNm corregit directament als ribosomes, perquè construeixin la proteïna necessària – una mica com enviar les ordres de producció falsificades .

Aquest concepte evita alterar l‟ADN del nucli, que sempre serà difícil i caòtic. A més, enviar ordres de producció falsificades a la planta de fàbrica és una manera intel·ligent de fer que aquest canvi sigui temporal (i, per tant, controlable), i molt més segur que arriscar-se a una mutació permanent.

Sona senzill, però no ho és. Les teràpies amb ARNm ja es van postular als anys 90, però les molècules són extremadament inestables i el cos està ple d'enzims de degradació de material genètic; l'ARNm tot just dura uns minuts al torrent sanguini. L'ARNm també activa de forma natural els receptors immunitaris, cosa que provoca respostes inflamatòries abruptes: al cos no li agrada que el material genètic estigui solt, ni tan sols el seu propi .

La tossuderia de Katalin Karikó i Drew Weissman el 2005 (que finalment van rebre el Premi Nobel el 2023) va resoldre tots aquests problemes. L'ARNm sintètic modern és més estable i menys immunogènic gràcies a l'ús de nucleòtids diferents (pseudouridina en lloc d'uridina normal), i gràcies al fet que es "disfressa" d'ARNm normal, complet amb cap 5' sintètic, UTRs 5' i 3' optimitzades, cua poli(A) llarga, aire condicionat.

Per acabar, s'encapsula en un vehicle portador; normalment, una lipopartícula (una gota de greix) que el protegeix fins al seu lliurament a la planta de producció. La lipopartícula es dirigeix químicament (atorgant-li propietats químiques que afavoreixen la seva acumulació en un teixit o un altre) o recobrint-lo amb molècules o anticossos específics que els uneixen a un receptor específic en un tipus concret de cèl·lula.

El nom 'ARNm' va haver de sonar-te molt quan es va convertir en la base del medicament més famós del món : la vacuna contra el COVID, que utilitzava ARNm per fer que les cèl·lules produïssin fragments d'antígens del coronavirus, obligant així el cos a desenvolupar immunitat contra la maleïda bestiola.

arrogància

Pot ser que els virus siguin ximples, pobres, i no tinguin contactes en el món dels negocis, ia més ni tan sols estiguin tècnicament vius, però té una impressionant varietat d'eines biològiques innates (transcriptasa inversa, integrasa, RNasa H...) que els han permès introduir els seus gens en genomes aliens durant 3 anys.

Els humans només porten uns 50 anys sent capaços d'això, però ja pensen que ho poden fer millor - típica arrogància humana. Però, sent un primat força enginyós, efectivament ho han fet millor, i ara són capaços de reescriure cromosomes - des de gens sencers fins a bases individuals al seu codi. Com en els casos de la música country, la lasanya vegetariana o l'holocaust nuclear, els humans són, de fet, l'únic organisme al planeta capaç de fer-ho.

Tecnologies com CRISPR-Cas9, un kit d'eines bioquímiques capaces d'obrir l'ADN i modificar-ne el contingut, han fet que l'edició del genoma sigui fàcil, precisa, barata i pràctica per a tothom, o almenys per a qualsevol genetista. Si no ho ets, probablement no ho hauries de provar a casa amb el teu gat: encara no hem arribat a aquest punt.

CRISPR és prou pràctic per poder-lo ficar en un lipopartícula i enviar-lo al cos per reparar gens defectuosos "in situ"; actualment hi ha assajos clínics en marxa per a diverses malalties (angioedema hereditari, amiloïdosi per transtiretina, hipercolesterolèmia hereditària...). I atès que CRISPR reescriu els gens de la cèl·lula, els canvis es tornen permanents i són heretats per les cèl·lules en divisió; per tant, la cura és autoreplicant i més o menys permanent .

La teràpia VERVE-01 contra la hipercolesterolèmia és un exemple especialment elegant del que pot ser l'edició CRISPR. Canviant una sola 'C' per una 'T' al gen PCSK9, es canvia una instrucció de 'CAA' ("Afegir glutamina") a 'TAA' ("Stop"), truncant així la producció de proteïnes i reduint la presència del malvat colesterol LDL. Hurra, CRISPR ens ha salvat!

Interferència

Moltes malalties són causades per la presència d'una proteïna perjudicial (Huntington, anèmia falciforme...), o per un excés d'alguna proteïna (hipercolesterolèmia, malalties inflamatòries autoimmunes). Aquestes es poden curar eliminant el gen que codifica la proteïna mitjançant edició genètica (CRISPR), però una manera molt intel·ligent de combatre-les és la teràpia d'interferència amb ARN, una de les línies de teràpia genètica més madures i prometedores que existeixen.

Si l'ARNm "falsifica" instruccions de producció per fer que les cèl·lules construeixin proteïnes que normalment no farien, el siRNA ("small interfering RNA", "ARN petit d'interferència") fa gairebé el contrari: bloqueja la producció d'un ARNm específic, impedint així la producció d'aquesta proteïna .

El siRNA interfereix amb el procés normal de construcció de proteïnes sabotejant còpies d'ARNm. Són fragments curts d'ARN (no més de 21 bases de longitud), capaços d'unir-se de manera selectiva a una seqüència concreta d'ARNm. S'introdueixen a la cèl·lula, on s'uneixen específicament a qualsevol ARNm amb la mutació buscada, ho assenyalen com a "erroni" i criden a la maquinària destructora d'ARNm del propi cos (un complex proteic anomenat RISC) perquè el destrueixi.

Figura 7: una imatge microscòpica de l'interior d'una cèl·lula sotmesa a teràpia de siRNA

Per descomptat, el siRNA no va funcionar a la primera. Igual que l'ARNm, va requerir 20 anys de reenginyeria per ser útil: modificacions de 2′-O-metil i 2′-fluor, ajustaments amb fosforotioat, conjugació de GaINAc... tot el rotllo. De fet, un dels principals desafiaments del siRNA és dirigir-lo al seu destí – al teixit rellevant per a la malaltia. Durant molts anys, la medicina genètica ha recorregut a enfocaments amb la precisió metafòrica d'un sextant (si no ets mariner, busca-ho a Google) per guiar el siRNA cap a cèl·lules específiques; avui dia, la tecnologia ja permet una mica més semblant a la precisió d'un GPS , cosa que permet una administració veritablement dirigida, i una efectivitat sorprenent.

Així, els sistemes siRNA moderns són controlables, segurs i eficaços i, per tant, un èxit comercial rotund. Des que Onpattro (un tractament per a l'amiloïdosi) va ser aprovat el 2018, han arribat al mercat altres 4 teràpies, amb vendes combinades el 2024 de gairebé 2.500 milions de dòlars: Givlaari, Oxlumo, Leqvio i Amvuttra (sí, aparentment és obligatori donar-los nom de feitiço ).

Hi ha més en camí, incloent la francesa Oragen Therapeutics , que està desenvolupant la nova generació de tractaments per a la inflamació intestinal (malaltia de Crohn). En publicar-se aquest article, la inversió està oberta a la plataforma Capital Cell, i és un exemple clar del sofisticades, segures i efectives que s'han tornat les teràpies amb siRNA (feu-li una ullada, és força impressionant -> https://capitalcell.com/en/campaign/oragen/ ).

Avís legal

La història de la medicina genètica és, naturalment, molt més complexa. La genètica està desbloquejant avenços que canvien el món en diagnòstic, investigació criminal, longevitat, reproducció, agricultura, i fins i tot serveixen perquè els consumidors nord-americans sàpiguen el percentatge d'ascendència escocesa o la predisposició a casar-se amb un Sagitari.

Aquest breu text cobreix només una part de les successives ones tecnològiques que intenten curar els humans usant els seus gens. I està molt, molt lluny de ser complet; aquí no hi ha res sobre plasmidis, bacteriòfags, zinc-nucleases, CAR-T autòlegs, electroporació, edició Prime o TALENs. Si realment vols comprendre l'enorme ventall d'avenços tecnològics que està obrint la nostra comprensió de l'ADN, n'has de llegir més.

I d'algú que realment sàpiga el tema , preferiblement.