Si bien las vacunas CoVID-19 introdujeron a muchas personas a los medicamentos basados en ARN, los oligonucleótidos de ARN ya llevan muchos años en el mercado para tratar enfermedades como la distrofia muscular de Duchenne y la amiloidosis. Las terapias con ARN ofrecen muchas ventajas sobre los fármacos tradicionales de moléculas pequeñas, incluida la capacidad de abordar casi cualquier componente genético dentro de las células y su capacidad para administrar herramientas de edición de genes como CRISPR a sus objetivos.
Sin embargo, la promesa del ARN está actualmente limitada por el hecho de que la demanda global en rápido crecimiento está superando la capacidad de la industria para producirlo. El método estándar para sintetizar químicamente ARN se inventó en la década de 1980 y requiere equipo y mano de obra especializados. Los métodos de síntesis química también están limitados por la variedad de componentes básicos de nucleótidos que pueden incorporar en las moléculas de ARN, y producen toneladas métricas de subproductos químicos tóxicos que plantean riesgos ambientales y limitan la productividad de las fábricas. Estos problemas sólo aumentarán a medida que aumente la producción de ARN en respuesta a la demanda.
Un equipo de científicos de la Universidad de Harvard y el Instituto Wyss de la Facultad de Medicina de Harvard (HMS) ha desarrollado una solución a este problema: un nuevo proceso de síntesis de ARN que amplía el espacio de diseño de terapias de ARN y acelera su síntesis química. escala. Su nuevo método puede producir ARN con una eficiencia y pureza comparables a los estándares actuales de la industria y sin los disolventes tóxicos y catalizadores explosivos que plagan la fabricación actual. También puede incorporar todas las modificaciones moleculares comunes que se encuentran en la medicina del ARN actual y tiene el potencial de incorporar la química del ARN en nuevos tipos de terapias. El logro se describe en un artículo publicado hoy. Naturaleza Biotecnología.
“A medida que la demanda de fármacos de ARN siga creciendo y lleguen al mercado productos adicionales, superaremos la oferta mundial actual de acetonitrilo, un disolvente orgánico utilizado en métodos químicos de síntesis de ARN”, dijo el coautor principal Jonathan Ritchier, Ph.D. dicho. Wyss y ex becario postdoctoral en HMS. Él y su colega primer autor y ex científico investigador de Wyss Daniel Wiegand, MSCh.E., George Church, PhD, miembro principal de la facultad de Wyss, y otros cofundaron EnPlusOne Biosciences para comercializar su tecnología. “El mundo necesita un cambio de paradigma hacia una síntesis acuosa renovable para entregar medicamentos de ARN a estas escalas, y creemos que nuestra tecnología enzimática patentada permitirá esa transición”.
Una forma mejor y bioamigable
En el laboratorio de Church, Rittichier, Wiegand y el coautor correspondiente Erkin Kuru, Ph.D. Reconoció que la industria farmacéutica estaba en medio de una revolución del ARN. El laboratorio había ideado previamente un método para sintetizar ADN utilizando enzimas y planteó la hipótesis de que podrían hacer lo mismo con el ARN.
Los científicos comenzaron con una enzima de una cepa de levadura, Schizosaccharomyces pombeque se sabe que une moléculas de nucleótidos para formar hebras de ARN. Diseñaron la enzima para que fuera más eficiente y capaz de incorporar nucleótidos no estándar en el ARN. Esto fue particularmente importante para construir una plataforma de desarrollo de fármacos eficiente, ya que cada fármaco de ARN aprobado por la FDA contiene nucleótidos que han sido alterados de su forma original para aumentar su estabilidad en el cuerpo o se les puede dotar de nuevas funciones.
Luego se centraron en los propios nucleótidos. En la síntesis química estándar de ARN,
A los nucleótidos se les añaden “grupos protectores”: una especie de plástico de burbujas químico que evita que la molécula resulte dañada por las duras condiciones de reacción. Estos grupos protectores deben eliminarse después de la síntesis para que el ARN funcione, y el proceso requiere una ronda adicional de reacciones químicas que pueden dañar el ARN a medida que se construye. Las suaves condiciones de formulación de EnPlusOne eliminan la necesidad de utilizar plástico de burbujas grande, lo que en última instancia conduce a una mejor fabricación.
Pero incluso cuando resolvió un problema, la enzima del equipo introdujo otro diferente: su actividad natural agregaría nucleótidos de manera incontrolable, lo que daría como resultado una secuencia incorrecta de ARN. Para resolver este problema, reemplazaron sus nucleótidos con un “bloqueador”, un grupo químico que inhibe la enzima y permite la adición de un solo nucleótido a la vez. Una vez que se ha incorporado el nucleótido deseado, se elimina el bloqueador para unirse al siguiente nucleótido de la secuencia, lo que da como resultado un proceso de dos pasos que es más simple y menos costoso que el método habitual de síntesis química de cuatro pasos que requiere un uso intensivo de reactivos.
Los investigadores demostraron que su nuevo proceso incorporaba nucleótidos con una eficiencia del 95 por ciento, comparable a la síntesis química. Luego, el equipo repitió los ciclos de síntesis enzimática de ARN para crear moléculas de 10 nucleótidos de longitud. Ahora son capaces de producir moléculas de 23 nucleótidos de largo, el tamaño de muchas terapias de ARN de gran éxito.
De las moléculas a las drogas
La clave para convertir el ARN en fármacos eficaces es modificar sus nucleótidos naturales. El equipo también demostró que su método de síntesis enzimática puede producir con éxito una variedad de ARN con nucleótidos modificados con la misma capacidad que los nucleótidos naturales. “El ARN natural se compone de cuatro letras: A, U, C y G, pero podemos ampliar este alfabeto simple con biología sintética”, dijo Kuru, becario postdoctoral en el HMS. “Nuestro proceso esencialmente expande el número de teclas de nuestra ‘máquina de escribir de ARN’ a un alfabeto mucho más rico que podemos usar para escribir ARN con nuevas funciones y propiedades”.
Este trabajo formó la base de un proyecto de validación en el Instituto Wyss en 2019 y 2020, cuando se eliminó el riesgo y se preparó para su comercialización. También en 2020, el proyecto se convirtió en el primero respaldado por la asociación del Instituto Wyss con Northpond Labs. a través de Laboratorio de Investigación e Innovación en Bioingeniería, por su potencial de impacto significativo en el mundo real. EnPlusOne Biosciences se lanzó en 2022 para comercializar el nuevo enfoque y llevar la síntesis enzimática de ARN al mundo. La financiación estuvo dirigida por Northpond Ventures con la participación de Breakout Ventures y Coteau.
“Las tecnologías de síntesis enzimática de nucleótidos ofrecen muchas ventajas como alternativa a los métodos químicos. Esta plataforma puede ayudar a desbloquear el enorme potencial de la terapia de ARN sostenible, en particular la edición de genes CRISPR/Cas de moléculas de ARN guía de alta calidad”, afirmó. . El coautor correspondiente Church, que también es profesor Robert Winthrop de Genética en HMS.
EnPlusOne también está utilizando su plataforma para la producción a escala de laboratorio de pequeños ARN de interferencia (ARNip) que podrían usarse para tratar una variedad de enfermedades.
“Los medicamentos de ARN ofrecen un nuevo y poderoso enfoque terapéutico para una amplia gama de enfermedades. Sin embargo, los métodos de fabricación actuales para estos medicamentos están limitados por la diversidad química que pueden producir, la cantidad de material que se puede producir a un costo razonable y sus efectos negativos. impacto en el medio ambiente debido a la elegante alternativa de síntesis de enzimas bioinspirada de EnPlusOne ofrece una manera de superar todas estas limitaciones, y está lista para hacer explotar la industria terapéutica de ARN”, dice el director fundador de Wyss, Don Ingber, MD, Ph. .D también es jengibre. Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Boston Children’s Hospital, y Hans-Joerg Viceprofesor de Ingeniería Bioinspirada en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard.
Autores adicionales de Naturaleza Biotecnología Los artículos incluyen a Ella Meyer, Huon Lee, Nicholas J. Conway, Daniel Ahlstad, Zeynep Urtsever y Dominique Renone. Lee y Ahlstedt también son cofundadores de EnPlusOne. Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. y el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard con la subvención DE-FG02-02ER63445.
