Proyecto de investigación

Título del Proyecto:

Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para mejorar su distribución a través de la barrera hematoencefálica.

 

Investigadores Principales:

 

Javier Díaz-Nido

Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC), Universidad Autónoma de Madrid; CIBER de Enfermedades Raras (CIBERER).

http://web4.cbm.uam.es/joomla-rl/index.php/es/index.php?option=com_content&view=article&id=370

 

Ernest Giralt

IRB Barcelona; Universitat de Barcelona.

http://www.irbbarcelona.org/index.php/es/research/programmes/chemistry-and-molecular-pharmacology/design,-synthesis-and-structure-of-peptides-and-proteins

 

Antecedentes y estado actual de la investigación:

 

La terapia génica constituye una vía prometedora para el tratamiento de enfermedades monogénicas como la ataxia de Friedreich (AF). En la actualidad existen distintos grupos de investigación trabajando con distintos vectores virales (adenoasociados, lentivirales y herpesvirales) con el objetivo de desarrollar una terapia génica para la AF.

 

Los vectores herpesvirales destacan por su capacidad para acomodar el gen completo de la frataxina (con todas sus secuencias reguladoras). El uso del gen completo presenta importantes ventajas (frente al uso de minigenes controlados por promotores exógenos) ya que se asegura una expresión fisiológica del gen (también en respuesta a diferentes señales y estados fisiológicos), así como un correcto y completo procesamiento del RNA transcrito (permitiendo la expresión de todas las isoformas de la frataxina de una manera fisiológica).

 

El reto más importante para asegurar una buena eficiencia de la terapia génica consiste en asegurar una amplia distribución del vector portador del gen de la frataxina a todas las regiones del sistema nervioso que están afectadas (de manera muy particular a los ganglios espinales, médula espinal y cerebelo).

 

En este contexto el desarrollo de “vehículos” portadores del gen de la frataxina y que sean capaces de atravesar la barrera hematoencefálica constituiría un avance fundamental para asegurar una amplia distribución del gen.

 

La barrera hematoencefálica es una barrera muy selectiva que impide el paso de la mayoría de las moléculas de la sangre al sistema nervioso. Sin embargo, se ha demostrado recientemente que algunos péptidos (denominados “lanzaderas”) pueden atravesar dicha barrera así como permitir el transporte de “cargos” con distintas propiedades fisicoquímicas. Así, por ejemplo, nanopartículas de oro recubiertas con un péptido capaz de interaccionar con el receptor de la transferrina son capaces de atravesar la barrera hematoencefálica.

 

Nuestra intención con este proyecto es utilizar estos péptidos “lanzadera”, junto con otros péptidos funcionales, para modificar los vectores herpesvirales, así como desarrollar nuevos “vehículos” basados en nanopartículas sintéticas, que sean capaces de distribuir de una manera eficiente el gen de la frataxina en el sistema nervioso.

 

 

Resumen del proyecto:

 

El objetivo principal de este proyecto es la generación de nuevas herramientas moleculares, incluyendo vectores virales modificados y nanopartículas sintéticas, que puedan ser transportadas de manera activa y selectiva a través de la barrera hematoencefálica de manera que resulten eficientes para la terapia génica de la ataxia de Friedreich (AF).

 

Este proyecto pretende avanzar en la distribución de genes al sistema nervioso mediante la combinación de vectores ya conocidos (como son los vectores herpesvirales y las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG) con nuevos péptidos que pueden atravesar la barrera hematoencefálica actuando como lanzaderas (BBB shuttles), péptidos “localizadores” que dirigen los vectores a células diana específicas (HPs, del inglés “homing peptides”), y péptidos capaces de entrar dentro de las células (denominados CPPs, del inglés “cell penetrating peptides”).

 

Más específicamente, nuestro proyecto pretende transportar el ADN que codifica la frataxina (cuya deficiencia es la causa de la enfermedad) utilizando vectores virales y no-virales recubiertos de los  péptidos lanzadera (BBB shuttles) que pueden atravesar la barrera hematoencefálica, así como de péptidos directores (HPs) y de péptidos capaces de entrar dentro de las células (CPPs).

 

Los vectores herpesvirales derivados del virus HSV1 ya han demostrado ser muy eficaces en la transferencia de genes a neuronas, además de poseer una gran capacidad que les permite transportar genes completos con todas sus secuencias reguladoras, pero carecen de la capacidad de atravesar la barrera hematoencefálica en condiciones normales. La modificación de estos vectores virales con péptidos lanzadera puede permitir su transporte a través de la barrera hematoencefálica y así mejorar de manera muy importante su distribución en el sistema nervioso.

 

Las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG presentan algunas ventajas importantes, ya que son fáciles de preparar a gran escala y tienen generalmente menos efectos pro-inflamatorios que las partículas virales. De hecho, estas nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG son aceptadas por las autoridades reguladoras como un material seguro y están siendo utilizadas como vehículos de suministro de fármacos. Sin embargo, para convertirse en eficientes vectores de transferencia génica, estas nanopartículas deben adquirir nuevas funcionalidades. La decoración de la superficie de estas nanopartículas sintéticas con varios péptidos que actúen como péptidos lanzadera (BBB shuttles), HPs y CPPs, podría permitir una eficiente distribución de las mismas dentro del sistema nervioso.

 

En este proyecto evaluaremos la eficiencia de la transferencia génica, la posible toxicidad y la eficacia terapéutica de los diferentes vectores modificados (virales y no –virales) en modelos de células humanas y en ratones.

 

Para alcanzar este objetivo, el proyecto reúne dos grupos de investigación que aportan conocimientos y tecnologías complementarias. El Grupo del Dr. Diaz-Nido en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa tiene experiencia en modelos experimentales y estrategias de terapia molecular para enfermedades neurodegenerativas con un énfasis en la ataxia de Friedreich. El Grupo del Dr. Giralt en el IRB Barcelona tiene una experiencia en el campo de la química de péptidos y su aplicación a la biomedicina y es un referente internacional en este campo. De gran importancia para este proyecto son sus desarrollos recientes en los péptidos “lanzadera” y en los sistemas de administración de fármacos.

 

 

Objetivos específicos del Proyecto

 

Los objetivos concretos del proyecto son los siguientes:

 

1 -. Desarrollo de un sistema de terapia génica para la AF basado en vectores virales modificados: Desarrollar vectores virales que en su interior transporten el DNA que codifica la frataxina y que gracias a la decoración con péptidos de su envoltura lipídica externa puedan cruzar la barrera hematoencefálica, así como presentar cierta especificidad por las células afectadas.

 

2 -. Desarrollo de un sistema no-viral para la terapia génica de la AF basado en las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG (recubiertas de péptidos funcionales) que en su interior transporten el DNA que codifica la frataxina y que gracias a la decoración con péptidos de su superficie puedan cruzar la barrera hematoencefálica y las membranas celulares, así como presentar cierta especificidad por las células afectadas.

 

3 -. Examen biológico y comparación de la eficiencia de los diferentes vectores virales y no-virales  en modelos celulares y de ratón.

 

 


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