La edición de bases y la edición prima sin rotura de doble cadena amplían las posibilidades de tratamiento para enfermedades genéticas del músculo liso vascular
Antecedentes
Las células de músculo liso (SMC) son elementos tisulares clave que constituyen las paredes de los principales órganos del cuerpo humano, incluyendo los sistemas cardiovascular, respiratorio, digestivo y urogenital, encargándose de la contracción de los órganos y la regulación de la presión luminal. Si las células de músculo liso situadas en la pared vascular pierden su función o proliferan de forma anormal, esto conduce directamente a enfermedades graves como aneurismas, aterosclerosis prematura y enfermedades cerebrovasculares hereditarias. Hasta ahora, las investigaciones sobre el tratamiento de las enfermedades del músculo liso se han centrado principalmente en terapias farmacológicas sintomáticas para retrasar la progresión de la patología o en la inserción quirúrgica de stents. Esto se debe a la dificultad de eliminar la causa fundamental en las vasculopatías congénitas causadas por anomalías de un solo nucleótido en genes específicos.
Las tecnologías de edición genética CRISPR de primera y segunda generación provocaban roturas de doble cadena (DSB) en el ADN al cortar el gen objetivo. Durante el proceso de reparación natural de la célula, se producían inserciones o deleciones (indels) aleatorias, y existía el riesgo persistente de reordenamientos cromosómicos a gran escala o de inducción de cáncer, lo que suponía una carga de riesgo elevada para su aplicación directa en células de la pared vascular, cuya proliferación debe estar regulada. Además, las células de músculo liso vascular presentan la barrera física de estar situadas debajo de las células endoteliales vasculares, lo que dificulta la entrega precisa de materiales de edición genética.
Hallazgos clave
Los investigadores señalan que la investigación sobre las enfermedades del músculo liso ha experimentado un punto de inflexión drástico a medida que la tecnología de edición genómica ha evolucionado hacia la edición de bases (BE) y la edición prima (PE), las cuales no provocan roturas de doble cadena. La edición de bases permite la sustitución precisa de un solo nucleótido, mientras que la edición prime utiliza una transcriptasa inversa para escribir directamente la secuencia deseada. Ambos métodos reducen drásticamente el riesgo de daño cromosómico y proporcionan medios para revertir variantes de un solo nucleótido patogénicas.
La comunidad científica ha aplicado estas herramientas de edición precisa en células primarias derivadas de pacientes y en modelos de células de músculo liso diferenciadas a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) para demostrar los mecanismos de la enfermedad. Esto ha permitido el seguimiento en tiempo real, a nivel celular, de los procesos mediante los cuales las mutaciones genéticas específicas inducen la deficiencia de proteínas de contracción vascular o la muerte celular. En particular, en sistemas experimentales que vinculan células de músculo liso derivadas de iPSC de pacientes con organoides vasculares tridimensionales, se ha confirmado repetidamente que, al revertir las variantes específicas del paciente a la secuencia normal, la contractilidad y la elasticidad celular vuelven a los rangos normales.
Las estrategias de corrección in vivo utilizando modelos animales preclínicos también se están concretando. Los investigadores han recopilado los resultados obtenidos al inyectar enzimas de edición dirigida en los vasos sanguíneos de modelos de ratón con mutaciones patogénicas, logrando inhibir el engrosamiento anormal de la pared vascular y el riesgo de disección. Han demostrado que, más allá del método tradicional de knockout que induce la pérdida de función génica, la sustitución precisa que restaura las secuencias de bases patogénicas a las bases normales correspondientes también funciona en el tejido vascular.
Significado y perspectivas
Este logro presenta la posibilidad de corregir fundamentalmente enfermedades vasculares raras y refractarias que se desarrollan por anomalías del músculo liso vascular, como los aneurismas aórticos hereditarios, el síndrome de Marfan y el síndrome de Ehlers-Danlos. Se ha abierto una plataforma terapéutica que puede prevenir el colapso estructural vascular mediante una edición genética única para pacientes nacidos con defectos congénitos.
Sin embargo, persisten desafíos de ingeniería que deben superarse para la aplicación clínica. El desarrollo de vectores de entrega dirigidos de alta eficiencia, capaces de transportar las herramientas de corrección hasta la capa profunda del músculo liso durante la administración in vivo, es la prioridad principal. Es necesario realizar modificaciones superficiales para que los vectores como los virus adenoasociados (AAV) o las nanopartículas lipídicas (LNP), expuestos al sistema de circulación sistémica, se unan específicamente a las células de músculo liso sin acumularse en el hígado. También son esenciales las tecnologías para inhibir la respuesta inmunitaria contra las proteínas Cas de origen bacteriano y controlar la posibilidad de mutaciones fuera de objetivo (off-target) debido a la expresión prolongada de las enzimas de edición in vivo. Se prevé que la entrada en la clínica de la tecnología de edición genética del músculo liso se acelere cuando la evolución de las plataformas de entrega y la validación de seguridad basada en organoides converjan.
Las células del músculo liso (CML) son esenciales para la función normal de los sistemas cardiovascular, respiratorio, gastrointestinal y urogenital, y la disfunción de las CML contribuye a una amplia gama de enfermedades genéticas y adquiridas. CRISPR-based genome editing provides new approaches for studying SMC biology and developing therapies for smooth muscle disorders. In particular, base editing and prime editing enable precise nucleotide changes without introducing DNA double-strand breaks. In this review, we summarize recent applications of CRISPR technologies in smooth muscle biology, with a primary focus on vascular diseases. We discuss how CRISPR-engineered primary cells, induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived SMCs, and animal models have been used to investigate disease mechanisms and validate pathogenic variants. We further review therapeutic genome editing strategies for correcting disease-causing variants in patient-derived iPSC-SMCs, vascular organoids, and preclinical animal models. Finally, we discuss major challenges for clinical translation, including efficient and SMC-specific delivery, immunogenicity, editing precision, off-target effects, and long-term safety. Continued advances in genome-editing technologies, delivery platforms, and human disease models may expand the application of these approaches to smooth muscle disorders.
Esta investigación presenta un plano detallado para el desarrollo de terapias celulares y génicas (CGT) de próxima generación dirigidas a grupos de pacientes con aneurismas de la aorta torácica basados en mutaciones de ACTA2 y MYH11, para los cuales no existían tratamientos curativos adecuados. Para los pacientes que, tras el diagnóstico, debían depender de fármacos antihipertensivos de por vida para prevenir la ruptura vascular o esperar cirugías de sustitución de vasos artificiales de alto riesgo, los fármacos de edición genética que corrigen el gen causante pueden surgir como una alternativa.
Desde una perspectiva industrial, actúa como un motor para impulsar el desarrollo de nanopartículas lipídicas (LNP) dirigidas a músculo liso y vectores de entrega basados en partículas similares a virus (VLP). A medida que el mercado de la edición genética in vivo, anteriormente centrado en enfermedades hepáticas, se expande hacia el área de las enfermedades vasculares, se intensificará la competencia por la obtención de propiedad intelectual de nuevas tecnologías de plataforma que combinen promotores y ligandos específicos del músculo liso vascular. El sistema de cribado de organoides vasculares derivados de iPSC personalizados tiene el potencial de acelerar significativamente el desarrollo clínico al verificar rápidamente la toxicidad y eficacia de los fármacos candidatos en la etapa preclínica, reduciendo costos y periodos de desarrollo.