El cáncer y la tecnología ganadora del premio Nobel: CRISPR
El término cáncer representa un concepto bastante genérico. Describe un grupo de enfermedades que se producen cuando los cambios en el ADN provocan un crecimiento descontrolado y una división de células específicas en el cuerpo.
Con más de 18 millones de nuevos casos y casi 10 millones de muertes cada año (según GLOBOCAN 2018), el cáncer es la segunda causa de mortalidad en el mundo, y un problema cada vez mayor para la sociedad, las comunidades y los sistemas de salud. En términos económicos, este grupo de enfermedades supone un gran coste (más del 1,5% del PIB mundial) y la pérdida de población activa por enfermedad y muerte prematura.
En términos geográficos, después de Asia, Europa es la segunda región más afectada, con aproximadamente 3,7 millones de nuevos casos diagnosticados y 1,9 millones de muertes al año (principalmente por cáncer de pulmón, colorrectal, estómago, hígado y mama). Además, se está produciendo un aumento de la incidencia porque la población es cada vez más numerosa y está más envejecida, lo que se une a factores de riesgo vinculados al estilo de vida en los países industrializados. Si no se detiene esta tendencia, pronto podría convertirse en la principal causa de muerte en este continente (se esperan 4,3 millones de nuevos casos para 2035) e implicaría también un aumento del gasto en muchos miles de millones de euros cada año.
El cáncer como una prioridad sanitaria en la Unión Europea
Ante esta preocupante situación, existe una necesidad urgente de establecer sistemas sanitarios más eficaces, accesibles y resilientes, para que los Estados miembros de la Unión Europea puedan garantizar que todos sus ciudadanos tengan acceso a una prevención y atención eficaces del cáncer.
En esta lucha contra dicha enfermedad, invertir en investigación y desarrollo debe ser una prioridad para ofrecer alternativas preventivas, diagnósticas y terapéuticas más eficaces a los pacientes, no solo en Europa, sino también a nivel mundial.
Esta necesidad está reflejada en la inclusión del cáncer como una de las cinco misiones del próximo programa marco de la Unión Europea, Horizonte Europa, para el periodo 2021-2027. Tales objetivos, como hemos comentado previamente, tienen como propósito hacer frente a algunos de los mayores desafíos del mundo y asegurar un futuro más brillante para la sociedad.
La finalidad de la misión sobre el cáncer es unir a los países europeos con el objetivo de reducir sustancialmente su impacto, aumentar la esperanza de vida en 10 años a los pacientes de cáncer, mejorando así su bienestar. Los objetivos para 2030 incluyen salvar 3 millones de vidas más, permitir una mejora en la calidad y esperanza de vida, alcanzar un conocimiento más profundo de la enfermedad, perfeccionar la prevención, optimizar el diagnóstico y el tratamiento y, también, garantizar un acceso sanitario en toda Europa.
Al unir esfuerzos, más personas evitarán contraer la enfermedad, más pacientes con cáncer serán diagnosticados antes, sufrirán menos y tendrán una mejor calidad de vida después del tratamiento.
Este tipo de iniciativas están impulsando el desarrollo y la implementación de tecnologías altamente innovadoras, además de promover un enfoque multidisciplinar con el que explotar aquellas invenciones científicas más pioneras en la atención médica.
CRISPR-Cas9: cómo la edición del genoma juega un papel crucial en el cáncer
El pasado mes de octubre, se hizo pública la decisión de la Real Academia de las Ciencias de Suecia de otorgar el Premio Nobel de Química 2020 a las investigadoras Emmanuelle Charpentier (Unidad Max Planck para la Ciencia de Patógenos en Berlín, Alemania) y Jennifer A. Doudna (Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos), para el desarrollo de las tijeras genéticas CRISPR / Cas9.
Esta tecnología disruptiva y precisa para la edición del genoma, desarrollada gracias al trabajo de estos y muchos otros investigadores (incluido el español Francisco Mojica, que descubrió el sistema y lo bautizó en 2005 como CRISPR), ha revolucionado la ciencia de la vida molecular en la última década.
La edición genética permite a los científicos cambiar el ADN de un organismo agregando, eliminando o alterando secuencias específicas en el genoma, lo que conlleva múltiples aplicaciones.
La tecnología CRISPR se basa en un proceso que ocurre de forma natural en bacterias y arqueas, que les ayuda a volverse resistentes ante virus atacantes (conocidos como bacteriófagos). Dicho proceso es comparable a un sistema inmunológico, en el que estos microorganismos mantienen los fragmentos de ADN de un patógeno previamente infectado para así saber actuar ante nuevos ataques y poder activar rápidamente un proceso enzimático asociado para adherir ese determinado ADN externo.
En 2012, investigadores como Doudna y Charpentier se dieron cuenta del potencial de este sistema y lo adaptaron para actuar en células de otros organismos, creando así una nueva tecnología para la edición del genoma. Aunque existen algunas variantes, la técnica de núcleo CRISPR-Cas9 incluye dos elementos principales: un trozo de ARN (ARN guía o ARNg) para identificar la secuencia de ADN buscada y la enzima Cas9, que funciona como un par de tijeras para cortar el ADN, lo que permite agregar o eliminar material genético en esa ubicación específica.
El gran entusiasmo que ha causado esta tecnología en la comunidad científica se debe a que, aunque existen muchas otras herramientas para editar el ADN (por ejemplo, la recombinación homóloga), este es un proceso significativamente más rápido, barato, preciso y efectivo. En los últimos diez años, se ha utilizado con éxito para introducir deleciones o inserciones en el ADN de diversas líneas celulares y organismos como, por ejemplo, humanos, bacterias, peces cebra, C. elegans, plantas, levaduras, Drosophila, monos, conejos, cerdos, ratas y ratones.
Los sistemas CRISPR representan una nueva clase de herramientas moleculares que han cambiado la forma en que los científicos manipulan el código de la vida para su uso en la humanidad. Más allá de la investigación primaria y aplicada, la industria también está muy interesada en explotar su potencial en otros campos como el farmacéutico, agrícola, energético o de fabricación de materiales, entre otros.
En relación a la salud humana, la edición genética con CRISPR es de gran interés en la prevención y tratamiento de enfermedades. Hasta ahora, los investigadores se han centrado en probar y mejorar su seguridad y eficiencia, así como en comprender mejor diversas enfermedades a través del uso de células modificadas y modelos animales. Su resultado es prometedor tanto en trastornos de un solo gen como la fibrosis quística, la hemofilia y la anemia de células falciformes, como también en la prevención y el tratamiento de enfermedades más complejas como el cáncer, las enfermedades cardíacas, las enfermedades mentales o las infecciones por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).
Los CRISPR pueden cambiar las reglas del juego en el cáncer
El sistema CRISPR-Cas9 se está convirtiendo en una herramienta extendida, práctica y útil contra muchos tipos de tumores, acelerando la investigación del cáncer (principalmente leucemia y cáncer de pulmón, mama o hígado). Por ejemplo, se está empleando para la generación rápida, eficaz y barata de líneas de células cancerosas y modelos animales, que ayudan a dilucidar los mecanismos moleculares subyacentes de la enfermedad.
Esta estrategia de edición del genoma también resulta muy útil en el estudio de interacciones sinérgicas entre genes implicados en el cáncer, lo que puede servir para evitar la resistencia a los fármacos y mejorar la terapia con medicamentos. Asimismo, puede ayudar (combinado con secuenciación profunda o ensayos biofísicos celulares) a revelar el mecanismo de acción de las medicinas candidatas y validar su eficacia y seguridad.
Además, a nivel práctico, los CRISPR actúan en el diagnóstico genético a través de sistemas adaptados, capaces de identificar rápidamente mutaciones muy específicas o incluso infecciones relacionadas con el cáncer.
Pero, quizás, una de las aplicaciones más interesantes de esta tecnología es su uso clínico para atacar genes causantes del cáncer y curar la enfermedad. De los, aproximadamente, 11 ensayos clínicos que se están ejecutando actualmente (fase I o fase II), al menos 7 incluyen inmunoterapias. De esta forma, el sistema CRISPR-cas9 sirve para producir células inmunes específicamente diseñadas (las llamadas células T), por ejemplo, mediante la eliminación de genes relacionados con la regulación negativa y que luego se utilizan para acabar con células tumorales de manera muy eficaz.
En un proceso que puede parecer sacado de la ciencia ficción, las células inmunes se filtran de la sangre de un paciente y se modifican genéticamente utilizando CRISPR en el laboratorio (terapia ex vivo). Más tarde, las células diseñadas se reintroducen en el cuerpo del paciente mediante una inyección, para atacar las células cancerosas y reducir el crecimiento tumoral.
Otra táctica consiste en editar los genes implicados en la progresión del cáncer dentro de las células tumorales (in vivo), convirtiéndose en una herramienta de terapia génica para detener la enfermedad, una vez que se evalúen adecuadamente los riesgos. Actualmente, se está explorando la eficacia y seguridad a corto, medio y largo plazo de esta y otras alternativas. Aunque todavía queda mucho trabajo por hacer, los resultados obtenidos hasta ahora muestran que la terapia contra el cáncer editada con CRISPR es realmente factible.
No obstante, aún estamos comenzando a comprobar el impacto real que las herramientas de edición del genoma basadas en CRISPR pueden tener en la investigación, detección, tratamiento y mitigación del cáncer.
CRISPR: ¿cuáles son los siguientes pasos?
El descubrimiento de los mecanismos subyacentes a CRISPR en procariotas y su posterior adaptación como nueva tecnología para la edición de genes puede considerarse una de las revoluciones de este siglo. Esta nueva caja de herramientas para la manipulación del ADN en organismos vivos permite a los científicos de todo el mundo acelerar sus flujos de trabajo de investigación, redefinir sus objetivos, acceder a técnicas más baratas y explorar un caleidoscopio de nuevas opciones.
Sus aplicaciones en la salud humana son inconmensurables y pueden modificar por completo las tendencias actuales de enfermedades críticas como el cáncer, en las que ya se ha demostrado su eficacia, y, también, ayudar a mejorar la vida de muchas personas en el mundo.
Además, las aplicaciones de los sistemas de edición del genoma como CRISPR-Cas9 son innumerables y se expanden constantemente. Por ejemplo, cabe mencionar el papel que ha jugado esta tecnología en el estudio y lucha contra la actual crisis provocada por el coronavirus SARS-CoV-2 y, también, cómo otros campos se están beneficiando de su implementación, entre ellos, la agricultura y la alimentación. Por otra parte, también se ha identificado la posibilidad de diseñar organismos vivos bajo demanda y se ha abierto un debate ético que apenas ha comenzado sobre las aplicaciones humanas.
Aunque todavía se encuentra en una fase inicial, los resultados preliminares obtenidos con CRISPR son prometedores y están impulsando el estudio de todo el potencial que podría alcanzar. Muchos esfuerzos se centran ahora en perfeccionar los métodos relacionados con la edición de ADN mediada por CRISPR, y en mejorar su especificidad y eficacia, al tiempo que se garantiza que no se produzcan efectos secundarios negativos en las células y/o individuos tratados. Por otro lado, se están buscando mecanismos similares en otros microorganismos. Por lo tanto, esta y otras herramientas de edición del genoma aún están por desarrollarse y volverse más y más poderosas.
Gracias a la reducción de la carga legal, el bajo coste, la solidez y la alta especificidad y programabilidad de los objetivos, ya han surgido varias empresas de nueva creación que buscan explotar las posibilidades comerciales de los sistemas CRISPR en la industria. Y sabemos que no están solos en la misión de llevar los resultados de este gran avance al mercado, ya que instituciones públicas como la Comisión Europea han destacado la relevancia de reducir el impacto de enfermedades como el cáncer.
No cabe duda de que ha comenzado una nueva era en la manipulación de la información genética de los organismos, y los sistemas CRISPR seguramente serán fundamentales en esta maratón para resolver los desafíos y objetivos de desarrollo más cruciales tanto en Europa como a nivel mundial en el siglo XXI. Veamos qué nos depara el futuro.