A revolucion�ria tecnologia CRISPR permite a edi��o de genes defeituosos

CRISPR � a abreviatura de "repeti��es pal�ndr�micas curtas regularmente espa�adas em cluster". O termo faz refer�ncia a uma s�rie de padr�es repetitivos encontrados no DNA de bact�rias que formam a base de um sistema imunol�gico primitivo, defendendo-as de invasores virais, cortando seu DNA. Desenvolvido a partir de mecanismos moleculares do sistema imunol�gico bacteriano, o sistema CRISPR possibilita a edi��o do genoma atrav�s de clivagem do DNA por uma endonuclease (Cas9), guiada a partir de uma sequ�ncia de RNA, que � capaz de se parear com as bases de uma sequ�ncia-alvo 

CRISPR-Cas9 foi usado pela primeira vez como uma ferramenta de edi��o de genes em 2012. Em apenas alguns anos, a tecnologia ganhou extrema popularidade gra�as � sua promessa de tornar a edi��o de genes muito mais r�pida, barata e f�cil do que nunca.

Usando esse processo natural como base, os cientistas desenvolveram uma tecnologia de edi��o de genes chamada CRISPR-Cas9, que pode cortar uma sequ�ncia de DNA espec�fica simplesmente fornecendo a ela um modelo de RNA da sequ�ncia alvo.  Isso permite adicionar, excluir ou substituir elementos dentro da sequ�ncia de DNA alvo.

Esse sistema representou um grande salto em rela��o �s tecnologias anteriores de edi��o de genes, que exigiam o projeto e a produ��o de uma enzima de corte de DNA customizada para cada sequ�ncia-alvo, em vez de simplesmente fornecer um guia de RNA, que � muito mais simples de sintetizar.

A edi��o do gene CRISPR j� mudou a forma como os cientistas fazem pesquisas, permitindo uma ampla gama de aplica��es em v�rios campos.  Mas a tecnologia tamb�m pode ter um grande potencial como tratamento para doen�as humanas.  Em teoria, o CRISPR poderia nos permitir editar qualquer muta��o gen�tica � vontade para curar qualquer doen�a de origem gen�tica.  Na pr�tica, entretanto, o CRISPR ainda est� nos est�gios iniciais de seu desenvolvimento terap�utico.

No presente artigo vamos detalhar as primeiras doen�as para as quais   a tecnologia CRISPR-Cas pode ser de fundamental import�ncia terap�utica, discutindo suas possibilidades e limites desta nova ferramenta de edi��o g�nica. 

1. C�ncer

A China est� liderando os primeiros testes cl�nicos usando CRISPR-Cas9 como tratamento de c�ncer.  Um desses estudos estava testando o uso de CRISPR para modificar c�lulas T imunes extra�das do paciente.  A tecnologia de edi��o de genes � usada para remover o gene que codifica uma prote�na chamada PD-1.  Essa prote�na encontrada na superf�cie das c�lulas do sistema imunol�gico � o alvo de alguns medicamentos contra o c�ncer, como os inibidores de checkpoint.  Isso ocorre porque algumas c�lulas tumorais s�o capazes de se ligar � prote�na PD-1 para bloquear a resposta imune contra o c�ncer.

O estudo testou essa abordagem em 12 pacientes com c�ncer de pulm�o de c�lulas n�o pequenas no Hospital da China Ocidental.  Os resultados, publicados em abril de 2020, sugeriram que a abordagem era vi�vel e segura. No entanto, um artigo posterior apontou que o estudo revelou algumas das limita��es da tecnologia, incluindo efici�ncia vari�vel no processo de edi��o do genoma.  Alguns especialistas recomendaram que a seguran�a a longo prazo da abordagem permane�a sob revis�o.  Outros sugeriram o uso de abordagens de edi��o de genes mais precisas, como edi��o de base.

Nos Estados Unidos, um teste de fase I conduzido pela Universidade da Pensilv�nia testou a seguran�a de uma abordagem semelhante.  Os pesquisadores usaram o CRISPR para remover tr�s genes que ajudam as c�lulas cancerosas a escapar do sistema imunol�gico.  Eles ent�o adicionaram outro gene para ajudar as c�lulas imunol�gicas a reconhecer tumores.  Os resultados revelaram que o tratamento foi seguro em pacientes com formas avan�adas de c�ncer.

Enquanto isso, a empresa CRISPR Therapeutics est� atualmente realizando um estudo de fase I global que deve recrutar mais de 130 pacientes com c�ncer no sangue para testar uma terapia com c�lulas CAR-T feita com a tecnologia CRISPR.

2. Doen�as hematol�gicas 

As doen�as do sangue beta-talassemia e doen�a falciforme, que afetam o transporte de oxig�nio no sangue, s�o o alvo de um tratamento CRISPR que est� sendo desenvolvido pela CRISPR Therapeutics e seu parceiro Vertex Pharmaceuticals. A terapia consiste na coleta de c�lulas-tronco da medula �ssea dos pacientes e no uso da tecnologia CRISPR in vitro para faz�-los produzir hemoglobina fetal.  Esta � uma forma natural da prote�na transportadora de oxig�nio que se liga ao oxig�nio muito melhor do que a forma adulta convencional.  As c�lulas modificadas s�o ent�o reinfundidas no paciente. Em dezembro de 2020, resultados preliminares revelaram que todos os cinco pacientes com talassemia n�o precisaram de nenhuma transfus�o de sangue desde o recebimento do tratamento, e os dois pacientes com doen�a falciforme at� agora n�o experimentaram nenhum dos epis�dios de sangramento habituais causados %u200B%u200Bpor sua condi��o.

A hemofilia � outra doen�a do sangue que a tecnologia CRISPR pode resolver, embora o desenvolvimento ainda esteja em est�gio pr�-cl�nico.  CRISPR Therapeutics est� trabalhando com Casebia em uma terapia CRISPR in vivo em que a ferramenta de edi��o de genes � fornecida diretamente ao f�gado.  No ano passado, a Intellia Therapeutics e a Regeneron Pharmaceuticals se uniram para buscar o desenvolvimento de tratamentos para hemofilia com base na edi��o do genoma.

3. Cegueira

Muitas formas heredit�rias de cegueira s�o causadas por uma muta��o gen�tica espec�fica, tornando mais f�cil usar o CRISPR-Cas9 para trat�-la, visando e modificando um �nico gene.  Al�m disso, a atividade do sistema imunol�gico � limitada no olho, o que pode contornar quaisquer problemas relacionados � rejei��o do tratamento pelo corpo.

A empresa Editas Medicine est� trabalhando em uma terapia CRISPR para amaurose cong�nita de Leber, a causa mais comum de cegueira heredit�ria infantil, para a qual n�o h� tratamento atualmente.  O objetivo do tratamento � usar o CRISPR para restaurar a fun��o das c�lulas sens�veis � luz antes que as crian�as percam completamente a vis�o, corrigindo a muta��o gen�tica mais comum por tr�s da doen�a. No ano passado, a empresa iniciou um ensaio de fase I / II, com resultados esperados at� 2024. Este � o primeiro ensaio a testar um tratamento CRISPR in vivo, no qual a edi��o do gene ocorre diretamente dentro do corpo do paciente, e n�o nas c�lulas extra�das de seu corpo  e depois voltou a ele.

4. AIDS

Existem v�rias maneiras pelas quais a CRISPR pode nos ajudar na luta contra a AIDS.  Uma delas � usar o CRISPR para cortar o DNA viral que o v�rus HIV insere no DNA das c�lulas do sistema imunol�gico.  Essa abordagem poderia ser usada para atacar o v�rus em sua forma oculta e inativa, o que torna imposs�vel para a maioria das terapias se livrar completamente do v�rus.

Outra abordagem pode nos tornar resistentes �s infec��es por HIV.  Certos indiv�duos nascem com uma resist�ncia natural ao HIV gra�as a uma muta��o em um gene conhecido como CCR5, que codifica uma prote�na na superf�cie das c�lulas do sistema imunol�gico que o HIV usa como porta de entrada para infectar as c�lulas.  A muta��o altera a estrutura da prote�na de modo que o v�rus n�o � mais capaz de se ligar a ela. Essa abordagem foi usada em um caso muito controverso na China, dois anos atr�s, em que embri�es humanos foram geneticamente modificados para torn�-los resistentes �s infec��es por HIV.  O experimento causou indigna��o entre a comunidade cient�fica, com alguns estudos apontando que os 'beb�s CRISPR' podem estar em maior risco de morrer mais jovens.  O consenso geral parece ser que mais pesquisas s�o necess�rias antes que essa abordagem possa ser usada em humanos, especialmente porque estudos recentes apontaram que essa pr�tica pode ter um alto risco de edi��es gen�ticas n�o intencionais em embri�es.

5. Fibrose c�stica

A fibrose c�stica � uma doen�a gen�tica que causa problemas respirat�rios graves.  Embora existam tratamentos dispon�veis para lidar com os sintomas, a expectativa de vida de uma pessoa com essa doen�a � de apenas cerca de 40 anos.  A tecnologia CRISPR pode nos ajudar a chegar � origem do problema editando as muta��es que causam a fibrose c�stica, que est�o localizadas em um gene chamado CFTR. No ano passado, pesquisadores na Holanda usaram a edi��o de base para reparar muta��es CFTR in vitro nas c�lulas de pessoas com fibrose c�stica, sem criar danos em outras partes do c�digo gen�tico.  Al�m disso, empresas como Editas Medicine, CRISPR Therapeutics e Beam Therapeutics t�m planos de desenvolver tratamentos para fibrose c�stica usando sistemas CRISPR.

A fibrose c�stica pode ser causada por v�rias muta��es diferentes no gene alvo, no entanto, o que significa que diferentes terapias ter�o que ser desenvolvidas para diferentes defeitos gen�ticos. A Editas Medicine afirmou que ir� analisar as muta��es mais comuns, bem como algumas das raras para as quais n�o existe tratamento.

6. Distrofia muscular

A distrofia muscular de Duchenne � causada por muta��es no gene DMD, que codifica uma prote�na necess�ria para a contra��o dos m�sculos.  Crian�as que nascem com esta doen�a sofrem degenera��o muscular progressiva e os tratamentos existentes s�o limitados a uma fra��o dos pacientes com a doen�a.

Pesquisas em ratos mostraram que a tecnologia CRISPR pode ser usada para corrigir as m�ltiplas muta��es gen�ticas por tr�s da doen�a.  Em 2018, um grupo de pesquisadores nos Estados Unidos usou o CRISPR para cortar em 12 "pontos cr�ticos de muta��o" estrat�gicos cobrindo a maioria das cerca de 3.000 muta��es diferentes que causam esta doen�a muscular.  Uma empresa chamada Exonics Therapeutics foi criada para desenvolver ainda mais essa abordagem.

A Editas Medicine tamb�m est� trabalhando em uma terapia CRISPR para a distrofia muscular de Duchenne.  A empresa est� seguindo uma abordagem mais ampla onde, em vez de corrigir muta��es espec�ficas, a edi��o do gene CRISPR � usada para remover se��es inteiras da prote�na mutada, o que torna a prote�na mais curta, mas ainda funcional.

7. Doen�a de Huntington

A doen�a de Huntington � uma doen�a neurodegenerativa com um forte componente gen�tico.  A doen�a � causada por uma repeti��o anormal de uma determinada sequ�ncia de DNA dentro do gene da huntingtina.  Quanto maior o n�mero de c�pias, mais cedo a doen�a se manifestar�.

Tratar Huntington pode ser complicado, pois quaisquer efeitos fora do alvo do CRISPR no c�rebro podem ter consequ�ncias muito perigosas.  Para reduzir o risco, os cientistas est�o procurando maneiras de ajustar a ferramenta de edi��o de genoma para torn�-la mais segura.

Em 2018, pesquisadores do Hospital Infantil da Filad�lfia revelaram uma vers�o do CRISPR-Cas9 que inclui um bot�o de autodestrui��o.  Um grupo de pesquisadores poloneses optou por emparelhar o CRISPR-Cas9 com uma enzima chamada nickase para tornar a edi��o do gene mais precisa.

8. COVID-19

Diante da pandemia COVID-19, o CRISPR rapidamente come�ou a fazer testes de triagem r�pidos.  A longo prazo, a ferramenta de edi��o de genes pode nos permitir combater o Covid-19 e outras infec��es virais.

Cientistas da Universidade de Stanford desenvolveram um m�todo para programar uma vers�o da tecnologia de edi��o de genes conhecida como CRISPR / Cas13a para cortar e destruir o material gen�tico do v�rus por tr�s do COVID-19 para impedi-lo de infectar as c�lulas pulmonares.  Esta abordagem demonstrou reduzir a carga viral nas c�lulas humanas em 90% e funcionar contra 90% de todos os coronav�rus existentes e emergentes.

Outro grupo de pesquisa do Instituto de Tecnologia da Ge�rgia usou uma abordagem semelhante para destruir o v�rus antes que ele entre na c�lula. O m�todo foi testado em animais vivos, melhorando os sintomas de hamsters infectados com COVID-19. O tratamento tamb�m funcionou em ratos infectados com a gripe, e os pesquisadores acreditam que pode ser eficaz contra 99% de todas as cepas de gripe existentes.

O futuro da tecnologia CRISPR

Considerando que o CRISPR-Cas9 � um desenvolvimento relativamente novo no mundo da biologia, as pesquisas at� o momento s�o consideradas como preliminares. Os exemplos listados aqui s�o apenas as primeiras tentativas de usar a tecnologia CRISPR como terapia.  � medida que avan�am, podemos esperar que mais e mais indica��es sejam adicionadas � lista. Um dos maiores desafios para transformar esta pesquisa em curas reais s�o as muitas inc�gnitas a respeito dos riscos potenciais da terapia CRISPR.

Alguns cientistas est�o preocupados com os poss�veis efeitos fora do alvo, bem como com as rea��es imunol�gicas � ferramenta de edi��o de genes.  Mas, � medida que a pesquisa avan�a, os cientistas est�o propondo e testando uma ampla gama de abordagens para ajustar e melhorar o CRISPR a fim de aumentar sua efic�cia e seguran�a.