CRISPR é a abreviatura de "repetições palíndrômicas curtas regularmente espaçadas em cluster". O termo faz referência a uma série de padrões repetitivos encontrados no DNA de bactérias que formam a base de um sistema imunológico primitivo, defendendo-as de invasores virais, cortando seu DNA.

Desenvolvido a partir de mecanismos moleculares do sistema imunológico bacteriano, o sistema CRISPR possibilita a edição do genoma através de clivagem do DNA por uma endonuclease (Cas9), guiada a partir de uma sequência de RNA, que é capaz de se parear com as bases de uma sequência-alvo.

Desde que os cientistas perceberam que as mudanças no DNA causam câncer, eles têm procurado uma maneira fácil de corrigir essas mudanças, manipulando o DNA. Embora vários métodos de edição de genes tenham sido desenvolvidos ao longo dos anos, nenhum realmente se encaixa no projeto de uma tecnologia rápida, fácil e barata.

Mas um divisor de águas ocorreu em 2013, quando vários pesquisadores mostraram que uma ferramenta de edição de genes chamada CRISPR poderia alterar o DNA das células humanas como uma tesoura muito precisa e fácil de usar.

A nova ferramenta conquistou o mundo da pesquisa, mudando marcadamente a linha entre o possível e o impossível. Assim que o CRISPR chegou às prateleiras e congeladores de laboratórios em todo o mundo, os pesquisadores do câncer aproveitaram a chance de usá-lo.

O CRISPR está se tornando uma metodologia dominante usada em muitos estudos de biologia do câncer, devido à conveniência da técnica.

Agora o CRISPR está saindo dos laboratórios para testes de pessoas com câncer. Em um pequeno estudo, por exemplo, os pesquisadores testaram um tratamento contra o câncer envolvendo células imunes que foram editadas pelo CRISPR para melhor caçar e atacar o câncer.

Apesar de toda a empolgação, os cientistas vêm procedendo com cautela, sentindo os pontos fortes e as armadilhas da ferramenta, estabelecendo as melhores práticas e debatendo as consequências sociais e éticas da edição de genes em humanos.

Como o CRISPR funciona?

Como muitos outros avanços na ciência e na medicina, o CRISPR foi inspirado na natureza. Nesse caso, a ideia foi emprestada de um mecanismo de defesa simples encontrado em alguns micróbios, como as bactérias.

Para se proteger contra invasores como vírus, esses micróbios capturam trechos do DNA do intruso e os armazenam como segmentos chamados CRISPRs, ou repetições palindrômicas curtas agrupadas regularmente intercaladas. Se o mesmo germe tentar atacar novamente, esses segmentos de DNA (transformados em pequenos pedaços de RNA) ajudam uma enzima chamada Cas a encontrar e fatiar o DNA do invasor.

Depois que esse sistema de defesa foi descoberto, os cientistas perceberam que ele era uma ferramenta versátil de edição de genes. Em poucos anos, vários grupos adaptaram com sucesso o sistema para editar praticamente qualquer seção de DNA, primeiro nas células de outros micróbios e depois, eventualmente, nas células humanas.

No laboratório, a ferramenta CRISPR consiste em dois atores principais: um RNA guia e uma enzima de corte de DNA, mais comumente chamada Cas9. Os cientistas projetam o RNA guia para espelhar o DNA do gene a ser editado (chamado de alvo). O RNA guia faz parceria com Cas e - fiel ao seu nome - leva Cas ao alvo. Quando o RNA guia combina com o DNA do gene alvo, Cas corta o DNA.

O que acontece a seguir depende do tipo de ferramenta CRISPR que está sendo usada. Em alguns casos, o DNA do gene alvo é embaralhado enquanto é reparado e o gene é inativado. Com outras versões do CRISPR, os cientistas podem manipular genes de maneiras mais precisas, como adicionar um novo segmento de DNA ou editar letras únicas de DNA.

Os cientistas também usaram o CRISPR para detectar alvos específicos, como DNA de vírus causadores de câncer e RNA de células cancerígenas. Mais recentemente, o CRISPR foi usado como um teste experimental para detectar o novo coronavírus.

Por que o CRISPR é tão promissor?

Os cientistas consideram o CRISPR um divisor de águas por várias razões. Talvez a maior seja que o CRISPR é fácil de usar, especialmente em comparação com ferramentas de edição de genes mais antigas. Antes, apenas um punhado de laboratórios no mundo poderia fazer as ferramentas adequadas para edição de genes. Agora, até mesmo um estudante do ensino médio pode fazer uma mudança em um genoma complexo usando CRISPR.

O CRISPR também é totalmente personalizável. Ele pode editar praticamente qualquer segmento de DNA dentro dos 3 bilhões de letras do genoma humano e é mais preciso do que outras ferramentas de edição de DNA.

E a edição de genes com CRISPR é muito mais rápida. Com métodos mais antigos, geralmente se levava um ano ou dois para gerar um modelo de camundongo geneticamente modificado. Mas agora, com o CRISPR, um cientista pode criar um modelo de rato complexo em poucos meses.

Outra vantagem é que o CRISPR pode ser facilmente ampliado. Os pesquisadores podem usar centenas de RNAs guia para manipular e avaliar centenas ou milhares de genes por vez. Pesquisadores de câncer costumam usar esse tipo de experimento para escolher genes que podem ser bons alvos de drogas.

Quais são as limitações do CRISPR?

Com todas as suas vantagens em relação a outras ferramentas de edição de genes, o CRISPR tornou-se uma referência para os cientistas que estudam o câncer. Há esperança de que também tenha um lugar no tratamento do câncer. Mas o CRISPR não é perfeito, e suas desvantagens tornaram muitos cientistas cautelosos sobre seu uso em pessoas.

Uma grande armadilha é que o CRISPR às vezes corta o DNA fora do gene alvo - o que é conhecido como edição "fora do alvo". Os cientistas estão preocupados que essas edições não intencionais possam ser prejudiciais e até mesmo tornar as células cancerígenas, como ocorreu em um estudo de 2002 sobre uma terapia genética.

Se o CRISPR começar a quebrar partes aleatórias do genoma, a célula pode começar a juntar as coisas de maneiras realmente estranhas, e há alguma preocupação sobre isso se tornar câncer. Mas ao ajustar as estruturas do Cas e do RNA guia, os cientistas melhoraram a capacidade do CRISPR de cortar apenas o alvo pretendido.

Outro obstáculo potencial é colocar componentes CRISPR nas células. A maneira mais comum de fazer isso é cooptar um vírus para fazer o trabalho. Em vez de transportar genes que causam doenças, o vírus é modificado para transportar genes para o RNA guia e Cas.

Colocar o CRISPR em células cultivadas em laboratório é uma coisa, mas colocá-lo nas células do corpo de uma pessoa é outra história. Alguns vírus usados %u200B%u200Bpara transportar o CRISPR podem infectar vários tipos de células, então, por exemplo, eles podem acabar editando células musculares quando o objetivo era editar células hepáticas.

Os pesquisadores estão explorando diferentes maneiras de ajustar a entrega de CRISPR a órgãos ou células específicos do corpo humano. Alguns estão testando vírus que infectam apenas um órgão, como o fígado ou o cérebro. Outros criaram pequenas estruturas chamadas nanocápsulas que são projetadas para fornecer componentes CRISPR a células específicas.

Como o CRISPR está apenas começando a ser testado em humanos, também há preocupações sobre como o corpo - em particular, o sistema imunológico - reagirá aos vírus que transportam o CRISPR ou aos próprios componentes do CRISPR.

Alguns se perguntam se o sistema imunológico poderia atacar a Cas (uma enzima bacteriana estranha ao corpo humano) e destruir as células editadas pelo CRISPR. Vinte anos atrás, um paciente morreu depois que seu sistema imunológico lançou um ataque maciço contra os vírus que carregavam uma terapia genética que ele havia recebido. No entanto, as abordagens mais recentes baseadas em CRISPR dependem de vírus que parecem ser mais seguros do que aqueles usados %u200B%u200Bpara terapias genéticas mais antigas.

Outra grande preocupação é que a edição de células dentro do corpo pode acidentalmente fazer alterações nos espermatozóides ou óvulos que podem ser transmitidos para as gerações futuras.

Mas para quase todos os estudos humanos em andamento envolvendo CRISPR, as células dos pacientes são removidas e editadas fora de seus corpos. Essa abordagem "ex vivo" é considerada mais segura porque é mais controlada do que tentar editar células dentro do corpo.

No entanto, um estudo em andamento está testando a edição de genes CRISPR diretamente nos olhos de pessoas com uma doença genética que causa cegueira, chamada amaurose congênita de Leber.

O primeiro ensaio clínico de CRISPR para câncer

O primeiro estudo nos Estados Unidos para testar uma terapia contra o câncer feita pelo CRISPR foi lançado em 2019 na Universidade da Pensilvânia. O estudo, financiado em parte pelo NCI, está testando um tipo de imunoterapia em que as próprias células imunes dos pacientes são geneticamente modificadas para melhor "ver" e matar seu câncer.

A terapia envolve fazer quatro modificações genéticas nas células T, células imunes que podem matar o câncer. Primeiro, a adição de um gene sintético dá às células T uma proteína semelhante a uma garra (chamada de receptor) que "vê" NY-ESO-1, uma molécula em algumas células cancerígenas.

Em seguida, o CRISPR é usado para remover três genes: dois que podem interferir no receptor NY-ESO-1 e outro que limita a capacidade de matar o câncer das células. O produto final, apelidado de células T NYCE, foi cultivado em grande número e depois infundido nos pacientes.

O objetivo deste estudo foi primeiro descobrir se o tratamento feito pelo CRISPR era seguro. Foi testado em dois pacientes com mieloma múltiplo avançado e um com sarcoma metastático. Todos os três tinham tumores que continham NY-ESO-1, o alvo da terapia com células T.

Os achados iniciais sugerem que o tratamento é seguro. Alguns efeitos colaterais ocorreram, mas provavelmente foram causados %u200B%u200Bpela quimioterapia que os pacientes receberam antes da infusão de células NYCE, relataram os pesquisadores. Não houve evidência de uma reação imune às células editadas pelo CRISPR.

Apenas cerca de 10% das células T usadas para a terapia tinham todas as quatro edições genéticas desejadas. E edições fora do alvo foram encontradas nas células modificadas de todos os três pacientes.

No entanto, nenhuma das células com edições fora do alvo cresceu de forma a sugerir que se tornaram câncer. O tratamento teve um pequeno efeito sobre os cânceres dos pacientes. Os tumores de dois pacientes (um com mieloma múltiplo e outro com sarcoma) pararam de crescer por um tempo, mas voltaram a crescer mais tarde. O tratamento não funcionou para o terceiro paciente.

É empolgante que o tratamento tenha funcionado inicialmente para o paciente com sarcoma, porque os tumores sólidos têm sido muito mais desafiadores que os tumores hematológicos para o tratamento com a terapia celular.

Embora o estudo mostre que a terapia celular editada pelo CRISPR é possível, os efeitos a longo prazo ainda precisam ser monitorados. As células de NYCE são seguras enquanto estivermos observando os participantes do estudo. Mas o plano é continuar monitorando os pacientes por anos, se não décadas.

Tratamentos futuros com CRISPR

Embora o estudo das células T de NYCE tenha marcado o primeiro teste de um tratamento de câncer baseado em CRISPR, provavelmente há mais por vir.

Este ensaio foi realmente uma prova de princípio, viabilidade e segurança que agora abre todo o mundo da edição CRISPR e outras técnicas de edição gênica para a próxima geração de terapias.

Outros estudos clínicos de tratamentos contra o câncer feitos pelo CRISPR já estão em andamento. Alguns ensaios estão testando terapias de células T CAR projetadas por CRISPR, outro tipo de imunoterapia. Por exemplo, uma empresa americana está testando células T CAR projetadas por CRISPR em pessoas com câncer hematológico de células B e pessoas com mieloma múltiplo.

Ainda há muitas perguntas sobre todas as maneiras pelas quais o CRISPR pode ser usado na pesquisa e no tratamento do câncer. Mas uma coisa é certa: o campo está se movendo de forma incrivelmente rápida e novas aplicações da tecnologia têm surgindo constantemente.