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Nova ferramenta de edição de RNA pode melhorar o tratamento do câncer

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O sistema de edição genética CRISPR-Cas9 é excelente em alterar e reprimir genes. Mas as mudanças que faz são permanentes, o que pode ser um grande problema se o sistema falhar.

Um sistema baseado em CRISPR que tenha como alvo o RNA mensageiro de curta duração de uma célula1 em vez do DNA poderia fornecer uma forma mais precisa e reversível de conceber terapias celulares – e até ajudar os cientistas a descobrir como diferentes genes funcionam em conjunto.

Em um novo estudo, publicado na revista Cell, pesquisadores da Universidade de Stanford apontam que uma plataforma CRISPR direcionada ao RNA, que chamaram de Multiplexed Effector Guide Arrays, ou MEGA, pode ajustar o metabolismo2 das células3 imunológicas sem alterações genéticas permanentes, dando nova vida às células3 CAR-T exauridas e assim aumentando seu poder de combater o câncer4.

A descoberta revela potencialmente uma maneira, de risco relativamente baixo, de aprimorar as terapias celulares existentes para o câncer4.

Saiba mais sobre "Edição genética - o que é e para que serve" e "Imunoterapia".

O autor principal e estudante de pós-graduação de Stanford, Victor Tieu, estava interessado em melhorar a terapia com células3 T com receptor de antígeno5 quimérico (CAR). Neste tratamento contra o câncer4, as células3 T – um tipo de glóbulo branco – são projetadas com a proteína CAR, um receptor que permite às células3 rastrear melhor as células3 cancerígenas. Embora a terapia CAR-T tenha tratado com sucesso cânceres do sangue6, incluindo linfomas e mieloma7 múltiplo, as células3 imunológicas projetadas não se comportaram bem contra cânceres sólidos, como câncer4 de pâncreas8 e de pulmão9.

Isto porque os tumores sólidos têm uma estrutura mais volumosa para as células3 imunológicas penetrarem – as células3 ficam exaustas antes de poderem avançar na destruição dos tumores. As células3 T evoluíram para disparar rapidamente e atacar vírus10, o que significa que muitas vezes esgotam as suas reservas de energia demasiado cedo quando lutam contra o câncer4. “Estávamos realmente interessados em saber como podemos aprimorar essas células3 para melhorar os resultados clínicos”, disse Tieu. “Muitas das ferramentas que temos agora simplesmente não são tão boas.”

Os pesquisadores testaram sua ferramenta em células3 CAR-T em culturas de laboratório com células3 tumorais e em camundongos com câncer4. “Nossa descoberta é que ela tem um desempenho 10 vezes melhor, em termos de redução do crescimento do tumor11 e em termos de sustentação da proliferação de células3 T a longo prazo”, disse o autor sênior12 Stanley Qi13, professor associado de bioengenharia de Stanford e acadêmico do instituto Sarafan ChEM-H.

Esforços de pesquisa anteriores para melhorar a terapia com células3 CAR-T usaram CRISPR-Cas9 para editar o DNA das células3. No entanto, esta plataforma de edição genética apresenta riscos porque elimina permanentemente pedaços de DNA, o que pode ter consequências indesejadas e até fazer com que as próprias células3 T se tornem cancerígenas.

Assim, a equipe de Stanford seguiu um caminho diferente, explorando se o CRISPR-Cas13d – que utiliza uma tesoura molecular que corta o RNA, e não o DNA – poderia permitir alterações reversíveis na expressão genética nas células3 T. Ao contrário do Cas9, o Cas13d pode facilmente atingir vários genes ao mesmo tempo – no artigo, os pesquisadores demonstraram que poderiam fazer 10 edições de uma vez em células3 T humanas. “O RNA é a próxima camada acima do DNA, então não estamos realmente tocando em nenhum código genético”, disse Tieu. “Mas ainda conseguimos grandes mudanças na expressão genética que são capazes de alterar o comportamento da célula1.”

Para ver se esta ferramenta poderia melhorar com sucesso a função das células3 CAR-T, eles identificaram 24 genes que poderiam estar envolvidos na exaustão das células3 T. Eles então testaram 6.400 combinações de genes pareados em cultura, com diferentes genes sendo desligados usando a ferramenta MEGA, e identificaram novos pares de genes que funcionaram especialmente bem juntos para aumentar a função antitumoral.

Em outra experiência, a equipe ajustou um conjunto de genes metabólicos nas células3 T para alterar as células3 de ‘velocistas’ para ‘corredoras de maratona’, dando-lhes a resistência necessária para destruir os tumores. Eles compararam essas células3 CAR-T MEGA com células3 T não modificadas e células3 CAR-T, tanto em culturas de laboratório com células3 tumorais quanto em camundongos com câncer4. Após três semanas, eles testaram a extensão dos tumores e também como as células3 T sobreviviam.

No início, as células3 MEGA ficaram para trás na sua atividade anticancerígena. “Inicialmente, pensei: ‘Ah, essas células3 são piores’”, disse Tieu. Mas, depois de algum tempo, estas células3 perseveraram contra as células3 tumorais enquanto as células3 CAR-T e as células3 T normais se desgastaram, levando a uma melhoria de 10 vezes na redução do crescimento tumoral e na proliferação de células3 T.

O segredo foi mudar a forma como as células3 gastavam seu açúcar14, afastando-se de um processo de glicólise de queima rápida e favorecendo a fosforilação oxidativa. “Fomos capazes de usar esta tecnologia para alterar os RNAs mensageiros nesta via de utilização do açúcar14 dentro das células3 T que regulam a escolha de qual molécula de açúcar14 usar”, disse Qi13. Como resultado, “fomos capazes de realmente sustentar a persistência dessas células3 T, para que as células3 T pudessem viver mais tempo no local do tumor11 e também exercer um desempenho muito melhor”.

A plataforma MEGA não apenas permitiu o ajuste fino dos genes que regulam o metabolismo2 das células3 T, mas o ajuste também poderia ser regulado com um medicamento. Quando um antibiótico chamado trimetoprima estava presente, ele ativava as alterações no RNA, reprimindo o metabolismo2 da glicólise das células3 e transformando-as em atletas de resistência no ataque às células3 tumorais. Quando o medicamento acabou, as células3 voltaram à expressão genética original. Este mecanismo de controle baseado em medicamentos “permite criar um interruptor de segurança” para tratamentos de imunoterapia, disse a co-autora Crystal Mackall, professora de pediatria e medicina em Stanford.

Embora a plataforma ainda esteja em seus estágios iniciais, os pesquisadores esperam que ela possa eventualmente ser útil em ambientes clínicos. Tieu planeja continuar o desenvolvimento da plataforma visando esse objetivo. “Seria muito legal tentar transformar isso em um produto clínico real”, disse ele. “Acho que há muito potencial para realmente melhorar a terapia com células3 CAR-T de uma forma que as pessoas não poderiam ter feito antes.”

Leia sobre "Conhecendo o sistema imunológico15" e "Genética - conceitos básicos".

Confira a seguir o resumo do artigo publicado.

Uma plataforma CRISPR-Cas13d versátil para regulação transcriptômica multiplexada e engenharia metabólica em células3 T humanas primárias

Destaques

  • MEGA permite inativação de RNA massivamente multiplexada em células3 T humanas primárias
  • Triagem combinatória da inativação identifica reguladores pareados da função das células3 CAR-T
  • Regulação multigênica ajustável e reversível com um medicamento aprovado pela FDA
  • A engenharia metabólica melhora a aptidão das células3 CAR-T e a atividade antitumoral in vivo

Resumo

As tecnologias CRISPR começaram a revolucionar as terapias com células3 T; no entanto, as ferramentas convencionais de edição genética CRISPR-Cas9 são limitadas em sua segurança, eficácia e escopo.

Para enfrentar esses desafios, desenvolveu-se matrizes de guias efetoras multiplexadas (em inglês, multiplexed effector guide arrays, MEGA), uma plataforma para regulação programável e escalonável do transcriptoma de células3 T usando a atividade de CRISPR-Cas13d direcionada a RNA e guiada por RNA.

MEGA permite inativação quantitativa, reversível e massivamente multiplexada de genes em células3 T humanas primárias sem ter como alvo ou cortar o DNA genômico.

Aplicando MEGA a um modelo de exaustão de células3 CAR-T, suprimiu-se de forma robusta a regulação positiva do receptor inibitório e descobriu-se reguladores pareados da função das células3 T através da triagem CRISPR combinatória.

Além disso, implementou-se a regulação por medicamento da MEGA para controlar a ativação do CAR de maneira independente do receptor.

Por último, MEGA permitiu a repressão multiplexada das vias metabólicas imunorreguladoras para melhorar a aptidão das células3 CAR-T e a atividade antitumoral in vitro e in vivo.

A plataforma MEGA oferece um kit de ferramentas sintético versátil para aplicações em imunoterapia contra o câncer4 e além.

 

Fontes:
Cell, Vol. 187, Nº 5, em fevereiro de 2024.
Stanford News, notícia publicada em 21 de fevereiro de 2024.

 

NEWS.MED.BR, 2024. Nova ferramenta de edição de RNA pode melhorar o tratamento do câncer. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1467887/nova-ferramenta-de-edicao-de-rna-pode-melhorar-o-tratamento-do-cancer.htm>. Acesso em: 21 abr. 2024.

Complementos

1 Célula: Unidade funcional básica de todo tecido, capaz de se duplicar (porém algumas células muito especializadas, como os neurônios, não conseguem se duplicar), trocar substâncias com o meio externo à célula, etc. Possui subestruturas (organelas) distintas como núcleo, parede celular, membrana celular, mitocôndrias, etc. que são as responsáveis pela sobrevivência da mesma.
2 Metabolismo: É o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. São essas reações que permitem a uma célula ou um sistema transformar os alimentos em energia, que será ultilizada pelas células para que as mesmas se multipliquem, cresçam e movimentem-se. O metabolismo divide-se em duas etapas: catabolismo e anabolismo.
3 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
4 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
5 Antígeno: 1. Partícula ou molécula capaz de deflagrar a produção de anticorpo específico. 2. Substância que, introduzida no organismo, provoca a formação de anticorpo.
6 Sangue: O sangue é uma substância líquida que circula pelas artérias e veias do organismo. Em um adulto sadio, cerca de 45% do volume de seu sangue é composto por células (a maioria glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas). O sangue é vermelho brilhante, quando oxigenado nos pulmões (nos alvéolos pulmonares). Ele adquire uma tonalidade mais azulada, quando perde seu oxigênio, através das veias e dos pequenos vasos denominados capilares.
7 Mieloma: Variedade de câncer que afeta os linfócitos tipo B, encarregados de produzir imunoglobulinas. Caracteriza-se pelo surgimento de dores ósseas, freqüentemente a nível vertebral, anemia, insuficiência renal e um estado de imunodeficiência crônica.
8 Pâncreas: Órgão nodular (no ABDOME) que abriga GLÂNDULAS ENDÓCRINAS e GLÂNDULAS EXÓCRINAS. A pequena porção endócrina é composta pelas ILHOTAS DE LANGERHANS, que secretam vários hormônios na corrente sangüínea. A grande porção exócrina (PÂNCREAS EXÓCRINO) é uma glândula acinar composta, que secreta várias enzimas digestivas no sistema de ductos pancreáticos (que desemboca no DUODENO).
9 Pulmão: Cada um dos órgãos pareados que ocupam a cavidade torácica que tem como função a oxigenação do sangue.
10 Vírus: Pequeno microorganismo capaz de infectar uma célula de um organismo superior e replicar-se utilizando os elementos celulares do hospedeiro. São capazes de causar múltiplas doenças, desde um resfriado comum até a AIDS.
11 Tumor: Termo que literalmente significa massa ou formação de tecido. É utilizado em geral para referir-se a uma formação neoplásica.
12 Sênior: 1. Que é o mais velho. 2. Diz-se de desportistas que já ganharam primeiros prêmios: um piloto sênior. 3. Diz-se de profissionais experientes que já exercem, há algum tempo, determinada atividade.
13 QI: O QI é utilizado para dimensionar a inteligência humana em relação à faixa etária a que um sujeito pertence. Em 1905, os franceses Alfred Binet e Theodore Simon desenvolveram uma ferramenta para avaliar os potenciais cognitivos dos estudantes, tentando detectar entre eles aqueles que precisavam de um auxílio maior de seus mestres, criando a Escala de Binet-Simon. Outros estudiosos aperfeiçoaram esta metodologia. William Stern foi quem, em 1912, propôs o termo “QI“. O Quociente de Inteligência é a razão entre a Idade Mental e a Cronológica, multiplicada por 100 para se evitar a utilização dos decimais. Seguindo-se este indicador, é possível avaliar se um infante é precoce ou se apresenta algum retardamento no aprendizado. Os que apresentam o quociente em torno de 100 são considerados normais, os acima deste resultado revelam-se precoces e os que alcançam um valor mais inferior (cerca de 70) são classificados como retardados. Uma alta taxa de QI não indica que o indivíduo seja mentalmente são, ou mesmo feliz, e também não avalia outros potenciais e capacidades, tais como as artísticas e as de natureza espiritual. O QI mede bem os talentos linguísticos, os pensamentos lógicos, matemáticos e analíticos, a facilidade de abstração em construções teóricas, o desenvolvimento escolar, o saber acadêmico acumulado ao longo do tempo. Os grandes gênios do passado, avaliados dessa forma, apresentavam uma taxa de aproximadamente 180, o que caracteriza um superdotado.
14 Açúcar: 1. Classe de carboidratos com sabor adocicado, incluindo glicose, frutose e sacarose. 2. Termo usado para se referir à glicemia sangüínea.
15 Sistema imunológico: Sistema de defesa do organismo contra infecções e outros ataques de micro-organismos que enfraquecem o nosso corpo.
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