El ARNm, o ARN mensajero, es un tipo de molécula que transporta información genética desde el ADN hasta la -maquinaria de producción de proteínas de la célula. Al introducir ARNm en las células, podemos ordenarles que produzcan cualquier proteína que queramos, como anticuerpos, enzimas, hormonas o vacunas. Esto abre un nuevo mundo de posibilidades para el tratamiento de diversas enfermedades, desde enfermedades infecciosas hasta el cáncer.
En este artículo, le presentaremos los conceptos básicos de la terapia con ARNm, incluido cómo funciona, cómo se elabora, cómo se administra y cómo se aplica. También compartiremos algunos de los últimos avances y desafíos en este apasionante campo de la biotecnología.
¿Cómo funciona la terapia con ARNm?
La terapia con ARNm funciona introduciendo moléculas de ARNm sintético en las células, donde se traducen en proteínas funcionales. Dependiendo del tipo y propósito de la proteína, la terapia con ARNm puede tener diferentes efectos. Por ejemplo:
Las vacunas de ARNm pueden desencadenar una respuesta inmunitaria contra un patógeno específico, como el nuevo coronavirus que causa la COVID-19. Al administrar ARNm que codifica una proteína viral, como la proteína de pico, podemos estimular la producción de anticuerpos y células T que pueden reconocer y eliminar el virus.
Los anticuerpos de ARNm pueden proporcionar inmunidad pasiva contra una enfermedad, como la rabia o el VIH. Al administrar ARNm que codifica un anticuerpo monoclonal, podemos conferir protección inmediata contra un antígeno específico, sin depender del propio sistema inmunológico del cuerpo.
El reemplazo de la proteína de ARNm puede restaurar la función de una proteína faltante o defectuosa, como el factor VIII en la hemofilia o la distrofina en la distrofia muscular. Al administrar ARNm que codifica una versión normal de la proteína, podemos corregir la causa subyacente de la enfermedad y mejorar los síntomas.
La edición de genes de ARNm puede modificar el genoma de una célula, como corregir una mutación o insertar un nuevo gen. Al entregar ARNm que codifica nucleasas programables, como CRISPR/Cas9, podemos apuntar y editar secuencias de ADN específicas con alta precisión y eficiencia.
¿Cómo se produce el ARNm?
El ARNm se produce mediante un proceso llamado transcripción in vitro (IVT), que utiliza una plantilla de ADN y una enzima ARN polimerasa para sintetizar moléculas de ARN. El molde de ADN contiene una secuencia promotora y la secuencia codificante de la proteína deseada. La ARN polimerasa se une al promotor y transcribe el ADN en ARN.
Para garantizar que el ARNm sintético sea funcional y estable en las células, se realizan varias modificaciones durante o después de la IVT. Estos incluyen:
Captación: agregar un nucleótido modificado al extremo 5' del ARNm para protegerlo de la degradación y mejorar su eficiencia de traducción. Existen diferentes tipos de caps, como Cap 0, Cap 1 y Cap 2, que se diferencian en sus niveles de metilación.
Poliadenilación: agregar una cadena de nucleótidos de adenina al extremo 3' del ARNm para aumentar su estabilidad y su vida media-. La longitud de la cola poli(A) puede variar de 10 a 250 nucleótidos.
Optimización: ajustar los componentes estructurales del ARNm, como la región no traducida 5' (UTR), la UTR 3' y el marco de lectura abierto (ORF), para mejorar su nivel de expresión y actividad. Esto puede implicar optimizar el uso de codones, introducir péptidos funcionales o secuencias señal, o agregar elementos autoamplificadores.
Modificación: alterar la estructura química de algunos nucleótidos del ARNm para reducir su inmunogenicidad y aumentar su estabilidad. Esto puede implicar reemplazar uridina con pseudouridina o N1-metilpseudouridina, o agregar grupos metilo a otras posiciones.
¿Cómo se entrega el ARNm?
La entrega de ARNm es uno de los mayores desafíos en la terapia de ARNm, ya que las moléculas de ARNm son grandes, tienen carga negativa y son propensas a ser degradadas por enzimas en fluidos biológicos. Por lo tanto, se desarrollan varios tipos de transportadores para proteger y transportar ARNm al interior de las células. Estos incluyen:
Nanopartículas lipídicas (LNP): partículas esféricas compuestas de lípidos que forman una bicapa alrededor de moléculas de ARNm. Las LNP pueden fusionarse con las membranas celulares y liberar ARNm en el citoplasma. Los LNP se utilizan ampliamente para la administración de ARNm debido a su alta eficiencia y biocompatibilidad. Algunos ejemplos de LNP son las nanopartículas lipídicas sólidas catiónicas (SLN), las nanopartículas lipídicas ionizables (ILN) y las nanopartículas lipídicas inmunoestimulantes (ISLN).
Nanopartículas de polímeros (PNP): partículas esféricas compuestas de polímeros que forman una estructura central-de capa alrededor de las moléculas de ARNm. Las PNP pueden ingresar a las células por endocitosis y escapar de los lisosomas por efecto de esponja de protones o degradación enzimática. Los PNP son versátiles y personalizables para diferentes aplicaciones. Algunos ejemplos de PNP son polietilenimina (PEI), poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) y quitosano.
Nanoemulsiones catiónicas (CNE): gotitas de aceite-en-emulsiones de agua que contienen lípidos catiónicos y tensioactivos. Los CNE pueden interactuar con las membranas celulares y entregar ARNm al citoplasma. Las CNE son fáciles de preparar y ampliar y pueden mejorar la inmunogenicidad de las vacunas de ARNm. Algunos ejemplos de CNE son DOTAP/DOPE, DOTAP/colesterol y DOTAP/MCT.
Otros sistemas de administración de ARNm: algunos otros tipos de transportadores que se han explorado para la administración de ARNm son el ARNm{0}}condensado de protamina, los exosomas, las vesículas extracelulares (EV), la sílice mesoporosa y el fosfato de calcio (CaP).
¿Cuáles son las aplicaciones de la terapia con ARNm?
La terapia con ARNm tiene el potencial de tratar una amplia gama de enfermedades, desde enfermedades infecciosas hasta trastornos metabólicos, desde cáncer hasta enfermedades cardiovasculares y desde enfermedades genéticas hasta la medicina regenerativa. Algunas de las aplicaciones actuales y emergentes de la terapia con ARNm son:
Vacunas de ARNm: las vacunas de ARNm pueden inducir una respuesta inmunitaria sólida y específica contra diversos patógenos, como el SARS-CoV-2, el virus de la influenza, el VIH, el virus respiratorio sincitial (VRS), el virus del herpes simple (HSV), el virus de la varicela zoster (VZV), el citomegalovirus humano (HCMV), el virus de la rabia y el virus del dengue. Las vacunas de ARNm tienen varias ventajas sobre las vacunas tradicionales, como un desarrollo rápido, bajo costo, alta seguridad y fácil escalabilidad.
Anticuerpos de ARNm: los anticuerpos de ARNm pueden proporcionar inmunidad pasiva contra diversas enfermedades, como la rabia, el VIH, el Ébola, el Zika, el ántrax y la COVID-19. Los anticuerpos de ARNm tienen varias ventajas sobre los anticuerpos convencionales, como expresión a largo plazo, baja inmunogenicidad, alta estabilidad y fácil administración.
Reemplazo de proteína de ARNm: el reemplazo de proteína de ARNm puede restaurar la función de una proteína faltante o defectuosa en diversas enfermedades, como hemofilia, distrofia muscular, fibrosis quística, fenilcetonuria, enfermedad de Fabry, enfermedad de Gaucher y enfermedad de Parkinson. El reemplazo de proteínas de ARNm tiene varias ventajas sobre la terapia con proteínas, como evitar la inmunogenicidad, mejorar la biodisponibilidad y reducir la dosis y la frecuencia.
Edición de genes de ARNm: la edición de genes de ARNm puede modificar el genoma de una célula en diversas enfermedades, como la anemia falciforme, la beta-talasemia, la enfermedad de Huntington, la distrofia muscular de Duchenne y la fibrosis quística. La edición de genes de ARNm tiene varias ventajas sobre la terapia génica basada en ADN-, como evitar la integración en el genoma del huésped, reducir-los efectos no deseados y aumentar la especificidad y la eficiencia.
Terapia celular con ARNm: la terapia celular con ARNm puede manipular la función de una célula en diversas enfermedades, como cáncer, enfermedades autoinmunes, diabetes y enfermedades cardiovasculares. La terapia celular con ARNm tiene varias ventajas sobre la terapia celular convencional, como evitar vectores virales, mejorar la seguridad y versatilidad y facilitar la fabricación y el control de calidad.
¿Cuáles son los desafíos y oportunidades de la terapia con ARNm?
La terapia con ARNm es un campo prometedor y emergente de la biotecnología que ha demostrado un gran potencial en el tratamiento de diversas enfermedades. Sin embargo, todavía existen algunos desafíos y limitaciones que deben superarse antes de que pueda aplicarse ampliamente en la práctica clínica. Estos incluyen:
-Mejora de la estabilidad y la eficiencia de la entrega de moléculas de ARNm in vivo
-Reducir la inmunogenicidad y la toxicidad de las moléculas y transportadores de ARNm
-Optimización del nivel de expresión y la duración de las proteínas codificadas en ARNm-
-Desarrollar protocolos estandarizados y medidas de control de calidad para la producción de ARNm
-Evaluación de la seguridad y eficacia-a largo plazo de la terapia con ARNm en humanos
-A pesar de estos desafíos, también existen muchas oportunidades y ventajas que hacen de la terapia con ARNm una opción atractiva para la medicina del futuro. Estos incluyen:
-Explotar la flexibilidad y diversidad del diseño y la síntesis de ARNm
-Aprovechando la inmunogenicidad y adyuvancia inherentes de las moléculas de ARNm
-Aprovechando la expresión transitoria y la reversibilidad de las proteínas codificadas por ARNm-
-Explorando los efectos sinérgicos de combinar la terapia de ARNm con otras modalidades
-Acelerar el proceso de desarrollo y aprobación de productos de ARNm
Prisys Biotecnología, empresa especializada eninvestigación sobre primates no humanos (NHP)y servicios para el desarrollo preclínico de fármacos. Terapia de ARNm, un tipo de molécula que puede ordenar a las células que produzcan cualquier proteína que queramos, como anticuerpos, enzimas, hormonas o vacunas. Macacos Cynomolgus, una especie de NHP que comparte muchas similitudes con los humanos en términos de anatomía, fisiología, inmunología y genética. Prisys Biotechnology en investigación y desarrollo de fármacos de ARNm y modelos NHP de la siguiente manera:
Prisys Biotechnology tiene una plataforma integrada de recursos de NHP, modelos de enfermedades y hospitales clínicos para brindar soluciones para diversas áreas de enfermedades, como inmunología, inflamación, enfermedades cardiovasculares, hematología, hígado, riñón, pulmón y oncología.
Prisys Biotechnology ofrece opciones de desarrollo cooperativo para colaboraciones de I+D y tecnologías innovadoras como el sistema de cuantificación del comportamiento 3D basado en el aprendizaje profundo-en NHP.
Prisys Biotechnology utiliza macacos cynomolgus como modelo animal para la terapia con ARNm, que son más fiables y relevantes que otros modelos animales, como ratones o ratas.
Prisys Biotechnology puede probar el potencial y la viabilidad de la terapia con ARNm para diversas enfermedades midiendo la resistencia eléctrica, las propiedades magnéticas, la farmacocinética, la toxicidad, la inmunogenicidad y la eficacia de las moléculas y portadores de ARNm en los NHP.
