"Nos encontramos en medio de una revolución terapéutica", según los autores de un reciente artículo de revisión publicado en Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. Comentaban la rápida expansión de las terapias de ARN en la investigación moderna y el desarrollo clínico, impulsada en parte por el interés en las vacunas de ARN contra la COVID-19 durante la pandemia de SARS-CoV-2 en curso.
Tradicionalmente, el desarrollo de fármacos ha estado dominado por los denominados fármacos de moléculas pequeñas (definidos como cualquier compuesto orgánico de bajo peso molecular), que siguen teniendo numerosas aplicaciones en medicina. Sin embargo, los avances en biotecnología y biología molecular han permitido a los investigadores diseñar agentes macromoleculares que van desde anticuerpos monoclonales y proteínas recombinantes hasta oligonucleótidos y genes o fragmentos génicos como candidatos a fármacos. Como resultado, los productos biológicos se han consolidado como elementos clave en el arsenal terapéutico actual. A principios de 2020, los productos biológicos representaban siete de los 10 fármacos más vendidos a nivel mundial.
Además, ha surgido el diseño de fármacos basados en ácidos nucleicos, que actualmente experimenta una rápida expansión. Aunque el desarrollo clínico de las terapias de ARN se ha visto tradicionalmente obstaculizado por desafíos como la eficiencia y la inmunogenicidad, el reciente éxito de las vacunas de ARNm contra la COVID-19 y la aprobación de varios fármacos basados en ARN han dado un impulso sustancial al campo. Utilizando la CAS Content Collection™, la mayor colección de conocimientos científicos publicados curada por expertos, examinamos la aplicación del ARN en la medicina moderna.
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Ventajas y desafíos de las terapias de ARN
Cómo abordar lo "inalcanzable"
Una gran ventaja de la terapia de ARN es que los fármacos de ARN pueden utilizarse para actuar sobre moléculas "inalcanzables", que de otro modo serían difíciles o imposibles de tratar con fármacos de moléculas pequeñas. Solo alrededor de una quinta parte de las proteínas pueden ser atacadas por fármacos de uso común, incluidos los de moléculas pequeñas y los anticuerpos, y no es posible actuar sobre los ARN no codificantes mediante moléculas pequeñas tradicionales o anticuerpos monoclonales (que se unen a los bolsillos del sitio activo de receptores proteicos o enzimas, lo que requiere que se haya producido la traducción).
Facilidad de síntesis
Los productos de ARN pueden ofrecer importantes ventajas de fabricación sobre las proteínas en términos de simplicidad, rentabilidad y velocidad de los procesos, lo que resulta especialmente relevante en el reciente desarrollo de vacunas de ARN. Las estrategias basadas en ácidos nucleicos también pueden evitar la necesidad de procesos de síntesis complejos, como las modificaciones postraduccionales, al utilizar la maquinaria celular de la célula de mamífero.
Además, la secuencia del ARN puede ajustarse rápidamente, proporcionando moléculas personalizadas para diferentes objetivos. Esto agiliza enormemente el proceso de desarrollo, como ha quedado patente con el rápido desarrollo de las vacunas de ARN contra la COVID-19.
Seguridad y efectos secundarios
Debido a que entran en el núcleo, los fármacos de ADN plantean problemas de seguridad por su posible integración en el genoma del huésped. A excepción de los ARN del sistema CRISPR-Cas que editan el genoma, los ARN no alteran el material genómico y no conllevan riesgo de integración genómica.
Sin embargo, las terapias de ARN pueden tener problemas de especificidad que conllevan riesgo de efectos secundarios, y su susceptibilidad a la degradación puede dar lugar a una farmacodinámica deficiente, lo que complica su uso. Algunos de estos problemas pueden mitigarse mediante la modificación química del ARN, un tema en el que se ha centrado la investigación.
Administración
Las terapias de ARN suelen tener un tamaño mayor en comparación con las terapias de moléculas pequeñas y poseen una elevada carga eléctrica, lo que dificulta su administración intracelular en sus formas nativas.
Tendencias de investigación en terapias de ARN
Desde 1995, se ha producido un aumento constante en el número de revistas y patentes que contienen información sobre terapias de ARN, con un pico en las patentes alrededor de 2001 (posiblemente relacionado con el primer ensayo clínico en humanos utilizando células dendríticas transfectadas con ARNm que codifica antígenos tumorales) y un repunte en el número de publicaciones en 2020 (muy probablemente derivado del interés en las vacunas de ARNm contra la COVID-19) (Figura 1).
La investigación sobre ARN se ha diversificado gradualmente a medida que se descubren nuevos tipos de ARN, particularmente en las áreas de ARNip, miARN, ARNlnc y CRISPR (Figura 2). Las tasas de crecimiento del volumen de publicaciones sobre circARN, ARN de exosomas, ARNlnc y CRISPR son significativamente más rápidas que las del resto. Cabe destacar que la tecnología CRISPR representó el 20% del total de solicitudes de patentes relacionadas con ARN en 2020. Esto coincide con un número creciente de aprobaciones para terapias basadas en CRISPR para iniciar ensayos clínicos.
Interferir en la funcionalidad de los ARN recién descubiertos se considera una herramienta terapéutica prometedora para superar las debilidades de los enfoques terapéuticos tradicionales (Tabla 1).
¿Qué áreas terapéuticas están siendo abordadas por las terapias de ARN?
Las enfermedades infecciosas y el cáncer muestran el mayor crecimiento y el mayor número de terapias en fases de investigación (Figuras 3 y 4). La pandemia de COVID-19 ha impulsado los medicamentos de ARN para enfermedades infecciosas tanto en las fases de investigación como en el número de terapias aprobadas (Figura 4), llevando al mercado las primeras terapias de ARNm aprobadas.
Resolución de desafíos en las terapias de ARN
La modificación química del ARN puede utilizarse para proteger el ARN de la degradación y mejorar la especificidad del objetivo, reduciendo el riesgo de efectos secundarios debidos a efectos fuera del objetivo. Además de la modificación química, los vehículos de administración que comprenden nanomateriales pueden utilizarse para proteger el ARN de la degradación y facilitar el transporte de la terapia hasta su objetivo deseado.
Según los datos de la CAS Content Collection, el uso de la modificación de ARN comenzó a despegar en 1995 y está asociado con secuencias de menor longitud (Figura 5). El predominio de ARN modificados de 18-27 nucleótidos refleja el uso de esta longitud de secuencia en formas particulares de ARN (ARNip y ASO). El examen de las modificaciones en los medicamentos de ARN aprobados por la FDA confirma la correlación entre el tipo de ARN y sus modificaciones.
Modificaciones de las bases del ARN
Los nucleótidos no canónicos con modificaciones que interfieren en la formación de enlaces de hidrógeno pueden desestabilizar térmicamente la formación de un dúplex con el objetivo y, por tanto, mejorar la especificidad al limitar la unión fuera del objetivo. Además, la modificación puede mejorar el rendimiento del ARN terapéutico. El uso de la base modificada N1-metilpseudouridina en ARNm terapéuticos, como en las vacunas de ARNm contra la COVID-19, mejora la traducción y reduce los efectos secundarios citotóxicos y la respuesta inmunitaria al ARNm. Tanto la vacuna Comirnaty de Pfizer como la Spikevax de Moderna también utilizan caperuzas de 7-metilguanosina unidas por un 5’ trifosfato al extremo 5’ del ARNm, duplicando las caperuzas de ARNm que se encuentran en la naturaleza y que evitan la degradación del extremo 5’ del ARNm
Modificaciones en la ribosa
Las modificaciones en la posición 2’ de la ribosa en el ARN pueden aumentar la estabilidad y reducir los efectos fuera del objetivo. Las modificaciones más comunes en la posición 2’ incluyen 2’-O-metilo, 2’-fluoro, 2’-O-metoxietilo (MOE) y 2’-amina.
Modificaciones en el esqueleto
Las modificaciones en el grupo fosfato del esqueleto de azúcar-fosfato pueden mejorar la administración de ARN al neutralizar la carga negativa que puede interferir con el transporte a través de las membranas y conferir una mayor resistencia a las nucleasas, prolongando así su semivida de eliminación tisular. Una de las modificaciones del esqueleto más utilizadas es el fosforotioato.
Investigación relacionada con nanotransportadores de ARN
Aunque las barreras biológicas, como la inmunogenicidad y la estabilidad frente a las nucleasas, suelen abordarse modificando la estructura química del ARN, son necesarios sistemas de administración adicionales para superar otras barreras en el organismo. La encapsulación del ARN en nanopartículas es un método eficaz para proteger y administrar ARN. Actualmente, existen cerca de 7000 publicaciones científicas en la CAS Content Collection relacionadas con los sistemas de administración de ARN. Los estudios sobre transportadores de ARN están dominados por las nanopartículas lipídicas, seguidas de cerca por los nanotransportadores poliméricos (Figura 6).
Conclusiones
Las terapias de ARN representan una categoría de fármacos en rápida expansión que se espera que cambien el estándar de atención para muchas enfermedades. Presentan varias ventajas frente a los medicamentos tradicionales basados en moléculas pequeñas y biológicas, ya que son rentables, relativamente sencillos de fabricar y capaces de dirigirse a sitios anteriormente «inalcanzables». Los desafíos clásicos relacionados con su estabilidad, administración y efectos fuera de diana pueden eliminarse o reducirse mediante modificaciones químicas y nanotransportadores de ARN. Una búsqueda en la CAS Content Collection ha destacado las enfermedades infecciosas, como la COVID-19, y el cáncer como áreas terapéuticas clave para los ARN, y ha mostrado que las tasas de aumento del volumen de publicaciones sobre circARN, ARN de exosomas, lncARN y CRISPR son particularmente altas, con una notable explosión actual en la investigación relacionada con CRISPR.
Escuche a los expertos
Para obtener más información, vea el reciente seminario web de la ACS y descubra qué es lo que más entusiasma a los líderes actuales en terapias de ARN. Este panel de debate cuenta con expertos de diversos ámbitos de investigación, entre ellos:
- Dr. John P. Cooke, director médico del Center for RNA Therapeutics
- Dr. Robert DeLong, profesor asociado del Nanotechnology Innovation Center de la Universidad Estatal de Kansas
- Dra. Barb Ambrose, científica de información sénior en CAS
- Dr. Ramana Doppalapudi, vicepresidente de Química en Avidity Biosciences
- Moderado por el Dr. Gilles Georges, vicepresidente y director científico de CAS
