En los últimos años los oligonucleótidos antisentido (también llamados ASO por sus siglas en inglés) han surgido como una estrategia terapéutica muy interesante para algunas enfermedades de origen genético. Estas moléculas de ácido nucleico, sintetizadas en laboratorio, pueden modular la expresión de genes concretos tras unirse a su ARN mensajero y de esta forma corregir ciertos errores en el procesado del ARN o regular la producción de proteínas defectuosas. Algunos ASO ya están aprobados para el tratamiento de enfermedades. Uno de los mejores ejemplos es el nusinersen, dirigido a la atrofia muscular espinal.
Una característica muy ventajosa de los ASO es que se pueden personalizar para mejorar su especificidad en los pacientes. Esta estrategia ya ha ofrecido resultados prometedores, como el Milasen desarrollado para una única paciente. Sin embargo la personalización de tratamientos con oligonucleótidos es un proceso largo y costoso que requiere de estudios preclínicos que confirmen la eficacia y seguridad en cada paciente.
En este escenario, los organoides representan una herramienta con gran potencial para investigar la eficacia de los ASO. Los organoides son modelos tridimensionales generados a partir de células madre pluripotentes inducidas que recapitulan en gran medida la estructura y función de algunos tejidos. Cuando estos organoides se generan de células de pacientes, permiten estudiar enfermedades y probar terapias en un ambiente más parecido al real que el que proporcionan los modelos celulares. El problema, es que generar células madre pluripotentes y organoides también es un proceso lento y costoso.
Un estudio reciente publicado en Nature ofrece una solución para optimizar el desarrollo de ASO personalizados: una plataforma que combina la generación rápida de organoides derivados de pacientes con enfermedades raras con la evaluación de ASO personalizados. A través de organoides derivados de células de pacientes con distrofia muscular de Duchenne (DMD), los investigadores consiguieron validar la eficacia de algunos ASO en menos de ocho semanas.
Generación rápida de organoides a partir de células de pacientes con enfermedades raras
Para superar los obstáculos técnicos asociados a la evaluación preclínica de ASO, los investigadores comenzaron diseñando un protocolo con el que obtener de forma rápida células madre pluripotentes inducidas a partir de células mononucleares de sangre periférica. Además de optimizar la combinación de reactivos necesarios para reprogramar las células de la sangre a un estado pluripotencial, el equipo realizó el proceso con diferentes muestras de forma paralela. Una misma placa con 12 pocillos permitía obtener células madre pluripotentes inducidas de 12 pacientes en paralelo. Esta aproximación permitió generar líneas celulares iPS en solo tres semanas, un tiempo significativamente menor en comparación con los métodos tradicionales, que pueden tardar hasta un año.
Posteriormente, a partir de las células madre los investigadores generaron organoides tridimensionales, con los que pudieron recapitular muchas de las características funcionales y estructurales de órganos como el corazón y el cerebro.
Finalmente, el equipo validó todo el proceso a partir de muestras de tres pacientes con DMD, reclutados en el programa Genetic Answers for Kids. En los tres casos, los pacientes eran portadores de variantes genéticas candidatas para ser tratadas con ASO. Los investigadores consiguieron restaurar la expresión de proteína distrofina tanto en organoides de corazón como en aquellos de cerebro, tras el tratamiento con un ASO aprobado ya por la FDA en un paciente y con ASOs personalizados para los otros dos pacientes.
Organoides para impulsar la medicina de precisión en enfermedades raras
Los resultados del trabajo ofrecen importantes avances para el desarrollo de ASO personalizados. Una de las principales ventajas de la plataforma es tanto la escalabilidad como la reducción de tiempos: permite generar de forma simultánea organoides de diferentes pacientes y diferentes tipos, lo que facilita la evaluación de terapias en paralelo y reduce el tiempo de desarrollo preclínico.
“El equipo puede generar células madre pluripotentes inducidas y modelos organoides para muchos pacientes en paralelo, lo que conduce a una evaluación acelerada de las intervenciones terapéuticas”, ha destacado Scott Younger, director de Ingeniería Genética de Enfermedades en el Centro de Medicina Genómica, y líder del The Younger Laboratory en el Hospital Children’s Mercy. “En lugar de esperar más de un año a que se generen los modelos celulares para poder comenzar los experimentos, una familia podría pasar de la extracción de sangre al diagnóstico y/o la recomendación de tratamiento en uno o dos meses”.
Los investigadores destacan el potencial de los organoides frente a modelos animales, que requieren un tiempo de generación que a menudo no tienen los pacientes. “Los estudios preclínicos con modelos animales requieren una media de 6-8 años para completarse . Sin embargo, la esperanza de vida del 30% de los niños nacidos con una enfermedad rara es inferior a 5 años”, indican en el estudio.
El uso de organoides en el desarrollo de terapias ASO personalizadas también abre nuevas posibilidades para la medicina de precisión. En primer lugar, la plataforma desarrollada en este estudio podría extenderse a otras enfermedades raras con base genética. Actualmente, los modelos generados incluyen organoides cardíacos y cerebrales, pero el mismo enfoque podría aplicarse a otros tejidos, como el hígado o el riñón, ampliando el rango de enfermedades susceptibles de tratamiento. Igualmente, aunque la plataforma fue generada para evaluar ASO personalizados, también podría utilizarse para evaluar la eficacia de otros tipos de tratamientos.
“Los métodos y protocolos generados en este estudio son accesibles y pueden aplicarse en cualquier laboratorio de investigación estándar sin necesidad de equipos especializados ni reactivos de alto coste”, indican los investigadores. “La capacidad generalizada de generar sistemas celulares derivados de pacientes tendrá un efecto sustancial en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades, así como en las posibles vías terapéuticas para el tratamiento de muchas enfermedades raras”.
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