Rang e Dale: Farmacologia

Humphrey P. Rang · Capítulo 68 de 751

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Rang e Dale: Farmacologia

Entrega de genes

• Farmacodinâmica: a expressão controlada do gene em questão

• Segurança

• Eficácia clínica e praticabilidade a longo prazo.

 

Existe um consenso geral de que a barreira de Weismann8 não deve ser

violada e, por conseguinte, foi acordada uma moratória sobre a realização

de alterações ao DNA das células germinativas (que poderiam influenciar

gerações futuras), e a terapia genética concentrou-se apenas em células

somáticas.

Aqui concentramo-nos primeiro nos principais problemas e abordagens

usadas para transformar a terapia de genes em medicamentos úteis, e

concluímos com uma seção final sobre o sucesso limitado alcançado até

agora.

 

ENTREGA DE GENES

A transferência de grandes seções de ácidos nucleicos recombinantes para

células-alvo é crítica para o sucesso da terapia genética. Nas palavras de um

comentarista (Galun, citado em Bender, 2016), “a terapia genética

compreende atualmente três pontos: entrega, entrega e entrega”. Para

ultrapassar este primeiro e mais fundamental obstáculo, técnicas

emprestadas de vírus, que são mestres no tipo de sequestro molecular

necessário para introduzir genes funcionais em células de mamíferos, são

frequentemente usadas na investigação de terapia genética. As estruturas

devem passar do espaço extracelular através do plasma e das membranas

nucleares e ser incorporadas nos cromossomos. Uma vez que o DNA é

negativamente carregado e os genes únicos têm pesos moleculares cerca de

104 vezes superiores aos dos fármacos convencionais, o problema é de uma ordem diferente do estágio equivalente do desenvolvimento de fármacos de

rotina.

Existem várias considerações importantes na escolha de um sistema de

entrega de genes; estas incluem:

 

• A capacidade do sistema (p. ex., quanto DNA consegue transportar)

• A eficiência da transfecção (a sua capacidade de entrar e ser utilizada

pelas células)

• O tempo de vida do material transfectado (determinado pelo tempo de

vida das células-alvo)

• A questão da segurança, especialmente importante no caso de sistemas

de entrega virais.

 

Várias abordagens foram desenvolvidas (Tabela 5.4) na tentativa de

produzir o sistema ótimo.

Existem duas principais estratégias de terapia gênica. Usando a técnica

in vivo, o vetor que contém o gene terapêutico é injetado no paciente, tanto

IV (caso em que alguma forma do órgão ou tecido-alvo é necessária) quanto

diretamente no tecido-alvo (p. ex., a retina). Quando se usa a estratégia ex

vivo, as células são removidas do paciente (p. ex., células estaminais da

medula óssea ou sangue circulante, ou mioblastos de uma biopsia de

músculo estriado) e tratadas com o vetor no laboratório. As células

geneticamente alteradas são injetadas de volta no paciente de onde vieram,

evitando, assim, qualquer rejeição imune (autóloga e não alogênica).

Um vetor ideal deve ser seguro, altamente eficiente (i. e., inserir o gene

terapêutico em uma proporção elevada de células-alvo sob controle do

promotor adequado) e seletivo, no sentido de que deve levar à expressão da

proteína terapêutica nas células-alvo, mas não à expressão de outras

proteínas virais. De modo ideal, e desde que a célula na qual é inserido tenha ela própria uma vida longa, o vetor deverá causar expressão

persistente, evitando a necessidade de tratamento repetido. A última

consideração pode ser um problema em alguns tecidos. Na doença

autossômica recessiva fibrose cística, por exemplo, o epitélio da via

respiratória funciona mal porque lhe falta um transportador de Cl– de

membrana, conhecido como regulador de transporte da fibrose cística

(CFTR; do inglês, cystic fibrosis transport regulator). As células epiteliais

nas vias respiratórias estão continuamente morrendo e sendo repostas.

Portanto, mesmo que o gene CFTR não mutado pudesse ser transfectado

para o epitélio, existiria, ainda assim, uma necessidade periódica para mais

tratamento, a menos que o gene pudesse ser inserido nas células

progenitoras (estaminais). Problemas semelhantes são antecipados em

outras células que se renovam continuamente, como o epitélio

gastrintestinal e a pele.

 

Vetores virais

Muitas estratégias contemporâneas de entrega de genes têm como objetivo

capitalizar a capacidade dos vírus em subverter a maquinaria transcricional

das células que infectam e a sua capacidade (em alguns casos) de se fundir

com o genoma do hospedeiro. Embora aparentemente simples, continuam

existindo problemas práticos com esta abordagem de vetor viral. Tal como

os vírus evoluíram nas formas de invadir células humanas, também as

respostas imunes dos humanos e outras contramedidas de proteção

evoluíram. Embora limitador em alguns aspectos, isso não é totalmente uma

má notícia do ponto de vista da segurança. Dado que muitos dos vírus

usados como vetores são patogênicos, eles são em geral modificados de

modo que sejam “incapazes de replicação”, para evitar toxicidade.

 

■ Retrovírus

▼ Se introduzidos nas células estaminais, os vetores retrovirais têm

efeitos de longa duração, porque eles são incorporados no DNA do

hospedeiro e replicam-se ao mesmo tempo que este, e, portanto, o gene

“terapêutico” é passado para cada uma das células-filhas durante a

divisão celular. Contra esse fato, a integrase retroviral insere a estrutura

nos cromossomos de forma aleatória, o que pode causar dano. Além

disso, os retrovírus poderiam infectar células germinativas diferentes

das células-alvo e produzir efeitos indesejados se administrados in vivo.

Por este motivo, os retrovírus têm sido usados principalmente para

terapia de genes ex vivo. O ciclo de vida dos retrovírus naturais pode ser

explorado para criar vetores úteis para a terapia genética (Figura 5.3).

Muitos vírus estão equipados para infectar tipos celulares específicos,

embora não necessariamente a célula-alvo de interesse. É possível

alterar o invólucro retroviral para alterar a especificidade, de modo que

o vetor seria administrado de forma sistêmica, mas afetaria apenas a

população celular desejada. Um exemplo desta abordagem com um

lentivírus (um tipo de retrovírus) é a substituição do invólucro proteico

de um vetor não patogênico (p. ex., vírus da leucemia do rato) pelo

invólucro proteico do vírus da estomatite vesicular humana, para atingir

especificamente células epiteliais humanas.

A maioria dos vetores retrovirais é incapaz de penetrar no invólucro

nuclear, e uma vez que este se dissolve durante a divisão celular, eles

afetam apenas as células em divisão em vez das células que não se

dividem (tais como os neurônios adultos).

 

■ Adenovírus

▼ Os vetores de adenovírus são populares em virtude da elevada

expressão transgênica que pode ser conseguida. Eles transferem genes

para o núcleo da célula hospedeira, mas (ao contrário dos retrovírus)

estes não são inseridos no genoma do hospedeiro e, portanto, não

produzem efeitos que duram pela vida da célula transfectada. Essa

propriedade também torna óbvio o risco de alterar a função de outros

genes celulares e os riscos teóricos de carcinogenicidade e transfecção

de células germinativas. Por conta dessas propriedades favoráveis, os

vetores de adenovírus têm sido usados na terapia genética in vivo. As

deleções fabricadas no genoma viral o tornam incapaz de replicar ou

causar infecção generalizada no hospedeiro enquanto, ao mesmo tempo,

criam espaço no genoma viral para que o transgene terapêutico seja

inserido.

Um dos primeiros vetores adenovirais não tinha parte de uma região de

controle de crescimento chamada E1, ao incorporar o transgene

desejado. Este vetor originava resultados excelentes, demonstrando a

transferência de genes para linhas celulares e modelos animais da

doença, mas provou desapontar como tratamento para a fibrose cística

nos ensaios humanos. Baixas doses (administradas por aerossol em

pacientes com esta doença) produziram apenas uma transferência de

eficiência muito baixa, enquanto doses mais elevadas causaram

inflamação, uma resposta imune do hospedeiro e expressão gênica de

curta duração. Além disso, o tratamento não podia ser repetido devido

ao aparecimento, na circulação, de anticorpos neutralizadores. Isso

levou a tentativas de manipular os vetores adenovirais para mutar ou

remover os genes que são mais fortemente imunogênicos.

Figura 5.3 Estratégia de marcação de vetores retrovirais. O transgene (o exemplo mostra o gene do fator IX) em um vetor esqueleto é introduzido (a) em uma célula de empacotamento, em que é integrado a um cromossomo no núcleo, e (b) transcrito para criar o vetor mRNA, que é empacotado para o interior do vetor retroviral e liberado da célula de empacotamento. Depois, ele infecta a célula-alvo (c). A transcriptase reversa codificada pelo vírus (d) converte o vetor RNA em um híbrido RNA-DNA, e depois em um DNA de cadeia dupla, que é integrado (e) no genoma da célula-alvo. Pode, depois, ser transcrito e traduzido para criar (neste caso) a proteína fator IX. “Env”, Gag’ e “Pol” representam componentes do vetor retroviral. LTR, repetição terminal longa. (Redesenhada a partir de Verma e Somia, 1997.)

 

 

■ Outros vetores virais

▼ Outros potenciais vetores virais sob investigação incluem vírus

adenoassociado, herpes-vírus e versões desativadas do vírus da

imunodeficiência humana (HIV). O vírus adenoassociado associa-se

com o DNA hospedeiro, mas não é ativado, a menos que a célula esteja

infectada com um adenovírus. É menos imunogênico do que outros

vetores, mas é difícil de ser produzido em massa e não pode ser usado

para transportar transgenes grandes. O herpes-vírus não se associa com

o DNA do hospedeiro, mas é muito duradouro no tecido nervoso (pelo

que poderia ter uma aplicação específica no tratamento de doenças

neurológicas). O HIV, ao contrário da maior parte dos outros retrovírus,

pode infectar células que não estão em divisão, como os neurônios. É

possível remover genes do HIV que controlam a replicação e substituir

outros genes. Em alternativa, pode ser possível transferir para outros

retrovírus não patogênicos os genes que permitem ao HIV penetrar no

invólucro nuclear.

 

Vetores não virais

Para reduzir os problemas associados com os vetores virais, uma variedade

de outras substâncias tem sido usada para entregar genes e outros materiais.

Estes são, com frequência, conhecidos em conjunto como

nanotransportadores. A lista inclui os seguintes (mas ver também Xu et al.,

2014):

 

■ Lipossomas

▼ Vetores não virais incluem uma variante de lipossomas (ver Capítulo

9). Plasmídios (diâmetro de até aproximadamente 2 m) são grandes

demais para caber em lipossomas normais (diâmetro 0,025 a 0,1 m),

mas partículas maiores podem ser criadas a partir de lipídios carregados

positivamente (“lipoplexos”), que interagem com as membranas

celulares negativamente carregadas e o DNA, melhorando a entrega

para o interior do núcleo celular e a incorporação no cromossomo do

hospedeiro. Essas partículas têm sido usadas para entregar genes para o

HLA-B7, a interleucina-2 e o CFTR. Eles são muito menos eficientes