La technologie d'édition du génome CRISPR est devenue un nouvel outil puissant qui peut changer la façon dont nous traitons la maladie. Le défi de modifier la génétique de nos cellules, cependant, est de savoir comment le faire en toute sécurité, effectivement, et spécifiquement ciblé sur le gène, tissu et organe nécessitant un traitement. Des scientifiques de l'Université Tufts et du Broad Institute de Harvard et du MIT ont développé des nanoparticules uniques composées de lipides (molécules de graisse) qui peuvent emballer et fournir des machines d'édition de gènes spécifiquement au foie. Dans une étude publiée aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , ils ont montré qu'ils peuvent utiliser les nanoparticules lipidiques (LNP) pour délivrer efficacement la machinerie CRISPR dans le foie de souris, résultant en une modification spécifique du génome et une réduction des taux de cholestérol dans le sang jusqu'à 57%, une réduction qui peut durer au moins plusieurs mois avec une seule injection.

Le problème de l'hypercholestérolémie afflige plus de 29 millions d'Américains, selon les Centers for Disease Control and Prevention. La maladie est complexe et peut provenir de plusieurs gènes ainsi que de choix nutritionnels et de mode de vie, il n'est donc pas facile à traiter. Les chercheurs Tufts et Broad, cependant, ont modifié un gène qui pourrait fournir un effet protecteur contre l'hypercholestérolémie s'il peut être arrêté par l'édition de gènes.

Le gène sur lequel les chercheurs se sont concentrés code pour l'enzyme de type angiopoïétine 3 (Angptl3). Cette enzyme ralentit l'activité d'autres enzymes, les lipases, qui aident à décomposer le cholestérol. Si les chercheurs peuvent éliminer le gène Angptl3, ils peuvent laisser les lipases faire leur travail et réduire le taux de cholestérol dans le sang. Il s'avère que certaines personnes chanceuses ont une mutation naturelle dans leur gène Angptl3, conduisant à des niveaux constamment bas de triglycérides et de cholestérol à lipoprotéines de basse densité (LDL), communément appelé « mauvais » cholestérol, dans leur circulation sanguine sans aucun inconvénient clinique connu.

"Si nous pouvons reproduire cette condition en éliminant le gène angptl3 chez d'autres, nous avons de bonnes chances d'avoir une solution sûre et à long terme à l'hypercholestérolémie, " dit Qiaobing Xu, professeur agrégé de génie biomédical à la Tufts' School of Engineering et auteur correspondant de l'étude. "Nous devons juste nous assurer de livrer le package d'édition de gènes spécifiquement au foie afin de ne pas créer d'effets secondaires indésirables."

L'équipe de Xu a été capable de faire précisément cela dans des modèles de souris. Après une seule injection de nanoparticules lipidiques remplies d'ARNm codant pour CRISPR-Cas9 et d'un ARN guide unique ciblant Angptl3, ils ont observé une réduction profonde du cholestérol LDL jusqu'à 57 % et des taux de triglycérides d'environ 29 %, les deux sont restés à ces niveaux abaissés pendant au moins 100 jours. Les chercheurs pensent que l'effet peut durer beaucoup plus longtemps que cela, peut-être limité seulement par le renouvellement lent des cellules dans le foie, qui peut se produire sur une période d'environ un an. La réduction du cholestérol et des triglycérides est dose-dépendante, afin que leurs niveaux puissent être ajustés en injectant moins ou plus de LNP dans le seul coup, les chercheurs ont dit.

Par comparaison, un existant, La version approuvée par la FDA des LNP chargés d'ARNm CRISPR n'a pu réduire le cholestérol LDL que d'au plus 15,7% et les triglycérides de 16,3% lorsqu'elle a été testée sur des souris, selon les chercheurs.

L'astuce pour créer un meilleur LNP consistait à personnaliser les composants, les molécules qui se réunissent pour former des bulles autour de l'ARNm. Les LNP sont constitués de lipides à longue chaîne qui ont une tête chargée ou polaire qui est attirée par l'eau, une queue de chaîne de carbone qui pointe vers le milieu de la bulle contenant la charge utile, et un lieur chimique entre eux. Sont également présents le polyéthylène glycol, et oui, même un peu de cholestérol - qui a un rôle normal dans les membranes lipidiques pour les rendre moins perméables - pour mieux retenir leur contenu.

Les chercheurs ont découvert que la nature et le rapport relatif de ces composants semblaient avoir des effets profonds sur la livraison d'ARNm dans le foie, ils ont donc testé les LNP avec de nombreuses combinaisons de têtes, queues, des linkers et des ratios entre tous les composants pour leur capacité à cibler les cellules hépatiques. Étant donné que la puissance in vitro d'une formulation LNP reflète rarement ses performances in vivo, ils ont directement évalué la spécificité et l'efficacité de l'administration chez des souris qui ont un gène rapporteur dans leurs cellules qui s'allume en rouge lorsque l'édition du génome se produit. Finalement, ils ont trouvé un LNP chargé d'ARNm CRISPR qui n'éclairait que le foie chez la souris, montrant qu'il pouvait spécifiquement et efficacement fournir des outils d'édition de gènes dans le foie pour faire leur travail.

Les LNP ont été construits sur des travaux antérieurs à Tufts, où Xu et son équipe ont développé des LNP avec jusqu'à 90 % d'efficacité pour délivrer l'ARNm dans les cellules. Une caractéristique unique de ces nanoparticules était la présence de liaisons disulfure entre les longues chaînes lipidiques. En dehors des cellules, les LNP forment une structure sphérique stable qui verrouille leur contenu. Quand ils sont à l'intérieur d'une cellule, l'environnement à l'intérieur rompt les liaisons disulfure pour désassembler les nanoparticules. Le contenu est ensuite libéré rapidement et efficacement dans la cellule. En empêchant la perte à l'extérieur de la cellule, les LNP peuvent avoir un rendement beaucoup plus élevé dans la livraison de leur contenu.

"CRISPR est l'un des outils thérapeutiques les plus puissants pour le traitement des maladies d'étiologie génétique. Nous avons récemment vu la première piste clinique humaine pour la thérapie CRISPR permise par l'administration de LNP à être administrée de manière systémique pour modifier les gènes à l'intérieur du corps humain. Notre LNP plate-forme développée ici a un grand potentiel pour la traduction clinique, " dit Min Qiu, chercheur post-doctoral dans le laboratoire de Xu à Tufts. "Nous envisageons qu'avec cette plate-forme LNP en main, nous pourrions maintenant faire de CRISPR une approche pratique et sûre pour traiter un large éventail de maladies ou de troubles du foie, " dit Zachary Glass, étudiant diplômé du laboratoire Xu. Qiu et Glass sont les co-premiers auteurs de l'étude.