Los nuevos avances en terapias con siRNA amplían el pipeline de fármacos

¿Qué es el ARNip (ARN de interferencia pequeño)?

El ARNip es una molécula que silencia genes. Esta característica lo ha convertido en un vehículo popular para nuevas terapias que utilizan la vía de interferencia del ARN (ARNi) para silenciar genes específicos. Este proceso se describió por primera vez en Caenorhabditis elegans en 1998 y condujo al desarrollo de moléculas de ARNip que se dirigen al ARN mensajero (ARNm) para suprimir la producción de proteínas implicadas en diversas enfermedades.

En 2006, los científicos que descubrieron el silenciamiento génico mediado por ARNip recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina. El primer fármaco de ARNip aprobado, patisiran, recibió la autorización reglamentaria en 2018 para el tratamiento de la amiloidosis hereditaria mediada por transtiretina. Desde entonces, se han aprobado otros fármacos de ARNip: givosiran para la porfiria hepática aguda, lumasiran para la hiperoxaluria primaria de tipo 1 e inclisiran para el control de la hipercolesterolemia. Entre las aprobaciones más recientes se incluyen vutrisiran, nedosiran, fitusiran y plozasiran, que amplían aún más la aplicación de las terapias con ARNip a trastornos metabólicos, cardiovasculares y genéticos.  

Estos avances consolidaron el ARNip como un enfoque terapéutico preciso en diversas áreas clínicas. Afecciones que van desde el cáncer hasta el alzhéimer o el VIH podrían ser objetivos de las terapias con ARNip y, según Pharmaproject, existen más de 260 candidatos a fármacos de ARNip en fase de desarrollo preclínico o clínico.  

Esto es prometedor, pero hasta la fecha han existido importantes desafíos para lograr un desarrollo farmacológico constante y fiable con estas terapias. Los ARNip no modificados —aquellos administrados sin modificaciones químicas ni sistemas de administración especializados— son altamente susceptibles a una rápida degradación por parte de las ribonucleasas ubicuas en los fluidos biológicos, lo que reduce drásticamente su semivida efectiva y dificulta su capacidad para llegar a las células diana. Además, su carga negativa inherente y su naturaleza hidrofílica impiden una captación celular eficiente, lo que les impide atravesar las membranas celulares y alcanzar concentraciones intracelulares adecuadas. Sin modificaciones químicas, también existe un mayor riesgo de provocar respuestas inmunitarias innatas, lo que podría desencadenar vías inflamatorias fuera de objetivo y comprometer la seguridad general.

Los investigadores están logrando nuevos avances que podrían superar estos obstáculos persistentes. Las modificaciones químicas y los sistemas avanzados de administración de fármacos están mostrando progresos y, como resultado, las terapias con ARNip están cada vez más cerca de mejorar la medicina de precisión en numerosas enfermedades.  

Cómo funcionan las terapias con ARNip

El siRNA media el silenciamiento génico a través de una vía de ARN de interferencia (RNAi) conservada y regulada, que facilita la regulación a la baja postranscripcional de transcritos génicos específicos (véase la Figura 1).  

Los dúplex de siRNA administrados de forma exógena suelen tener una longitud de 21 a 23 nucleótidos con extremos sobresalientes de dinucleótidos en 3′. Estos se introducen en el citosol, donde son reconocidos por el complejo silenciador inducido por ARN (RISC), una estructura multiproteica. Un elemento central para la activación del RISC es la endonucleasa Argonaute 2 (AGO2), que retiene selectivamente la hebra guía tras el desenrollamiento del dúplex, independiente de ATP, y la consiguiente expulsión de la hebra pasajera.

El complejo maduro de cadena sencilla siRNA-RISC se une posteriormente a los transcritos de ARNm diana complementarios mediante el emparejamiento de bases de Watson-Crick, predominantemente dentro de la región semilla (nucleótidos 2-8). Durante las siguientes etapas del procesamiento del siRNA, la AGO2 cataliza la escisión endonucleolítica específica del sitio del ARNm entre los nucleótidos correspondientes a las posiciones 10 y 11 desde el extremo 5′ de la hebra guía. Esta escisión altera la estabilidad del ARNm, lo que provoca su degradación por exonucleasas citoplasmáticas y anula eficazmente la traducción.

Hemos analizado la CAS Content Collection^TM, el mayor repositorio de información científica curado por humanos, para comprender mejor el panorama de la investigación sobre el siRNA. Se observa una tendencia ligeramente oscilante en las publicaciones en revistas durante los últimos diez años. Sin embargo, las publicaciones de patentes siguen aumentando, lo que sugiere un interés comercial sostenido en esta área (véase la Figura 2).

Como se ha señalado, las terapias con siRNA han evolucionado rápidamente hasta convertirse en una modalidad prometedora en múltiples áreas terapéuticas al silenciar con precisión los genes que impulsan la patología. Según nuestro análisis de la CAS Content Collection, el cáncer es el área terapéutica más destacada (71%), seguida de las enfermedades infecciosas (8%), las afecciones neurológicas (6%), los trastornos cardiovasculares (5%) y la diabetes (5%) (véase la Figura 3).

Sin embargo, sin modificaciones químicas o sistemas avanzados de administración de fármacos, estas terapias no pueden alcanzar su potencial para tratar enfermedades de manera eficaz. Los investigadores están avanzando en estas dos áreas, lo que podría garantizar que los siRNA se administren y mantengan en niveles terapéuticos.

Por ejemplo, las modificaciones químicas como la incorporación de grupos 2′-O-metilo, 2′-fluoro y enlaces fosforotioato mejoran la resistencia a las nucleasas, aumentan la afinidad de unión y reducen la inmunogenicidad, estabilizando así los siRNA en la circulación. Al mismo tiempo, los sistemas de administración avanzados como las nanopartículas lipídicas (LNP), los transportadores basados en polímeros y los conjugados dirigidos son fundamentales para superar las barreras físicas a la captación de siRNA, al facilitar el escape endosomal y permitir la distribución específica en los tejidos. Analicemos estas innovaciones con más detalle:

Modificaciones químicas de las terapias con siRNA

Las modificaciones químicas abordan varias limitaciones de los siRNA no modificados, como la susceptibilidad a las nucleasas, el aclaramiento renal rápido y la posible inmunogenicidad, al tiempo que ajustan propiedades como la afinidad de unión y la especificidad de la diana. Estas modificaciones se clasifican generalmente según el componente estructural de la molécula de siRNA al que afectan: el azúcar (ribosa), el esqueleto de fosfato, las nucleobases, los grupos terminales y la conjugación con otras moléculas.  

La selección y combinación de modificaciones químicas dependen de varios factores: la preservación de la actividad de RNAi, la mejora de la estabilidad, la reducción de la inmunogenicidad, la optimización farmacocinética y la rentabilidad. Aunque algunas modificaciones ofrecen beneficios sustanciales, deben sopesarse frente a la mayor complejidad en el diseño y el coste de síntesis para la producción a gran escala.  

Modificaciones del azúcar (ribosa)

Las modificaciones en la posición 2′ de la ribosa se encuentran entre las más utilizadas.

• Los grupos 2′-O-metilo (2′-OMe) mejoran la resistencia a las nucleasas y reducen la estimulación inmunitaria.
• Las modificaciones 2′-O-metoxietilo (2′-MOE) mejoran aún más la estabilidad y reducen la toxicidad.
• Las sustituciones 2′-fluoro (2′-F) mantienen una alta actividad a la vez que mejoran significativamente la resistencia a la degradación enzimática.
• Las modificaciones 2′-O-alilo se utilizan para ajustar las propiedades farmacocinéticas, ofreciendo beneficios en la circulación sistémica.

Las modificaciones conformacionales como el ácido nucleico bloqueado (LNA), con su estructura bicíclica restringida, también confieren una alta afinidad de unión, mientras que el ácido nucleico desbloqueado (UNA) introduce flexibilidad en el esqueleto, lo que potencialmente reduce las interacciones fuera de la diana. Los ácidos nucleicos puenteados 2′-4′ también se emplean para mejorar la especificidad de la diana mediante una mayor rigidez conformacional.

Modificaciones del esqueleto de fosfato

El esqueleto de fosfato de los siRNA es fundamental para la estabilidad molecular y la captación celular.

• Las modificaciones de fosforotioato (PS) implican la sustitución de un oxígeno no puente por azufre, lo que aumenta significativamente la resistencia a la actividad de las nucleasas.
• Las modificaciones de fosforoditioato, en las que ambos oxígenos no puente se sustituyen por azufre, ofrecen un nivel de protección aún mayor.
• Las modificaciones de boranofosfato incorporan un grupo borano, alterando las propiedades del esqueleto, mientras que las modificaciones de metilfosfonato hacen que el esqueleto sea neutro, reduciendo la inmunogenicidad sin comprometer la administración celular.

Modificaciones de la base

Las modificaciones de las nucleobases están diseñadas para modular el reconocimiento por parte de los sensores inmunitarios y alterar la afinidad de unión sin interrumpir el emparejamiento de bases de Watson-Crick.

• La incorporación de 5-metilcitosina puede reducir la activación inmunitaria.
• La pseudouridina mejora la estabilidad general del ARN a la vez que mitiga las respuestas inmunitarias.
• La 2-tiouridina se utiliza para potenciar la unión direccional, y la inosina permite el emparejamiento de bases oscilante, lo que puede ayudar a reducir los efectos no deseados fuera del objetivo.

Modificaciones terminales y de conjugación

Las modificaciones terminales mejoran aún más el perfil farmacológico de los ARNsi. En el extremo 5′, se utilizan modificaciones como la eliminación de fosfatos o la protección temporal con sililo para reducir el reconocimiento inmunitario durante la administración. En el extremo 3′, la conjugación de colesterol o la adición de grupos amino facilitan una mejor interacción y captación por parte de la membrana celular. Los ligandos de direccionamiento, como la GalNAc para el reconocimiento de hepatocitos, el folato para el direccionamiento a células cancerosas y los aptámeros o anticuerpos para la administración específica a tejidos, perfeccionan aún más la biodistribución de los ARNsi.

Estabilización y modificaciones basadas en patrones

Otras estrategias implican adaptar la estructura mediante modificaciones internas y de los extremos sobresalientes. Las modificaciones en los extremos sobresalientes, como la incorporación de nucleótidos dTdT o extremos modificados químicamente, aumentan la resistencia a las nucleasas. Las modificaciones basadas en patrones incluyen modificaciones asimétricas y específicas de posición. Por ejemplo, una modificación intensa en la cadena pasajera frente a una mínima en la cadena guía puede orientar la maquinaria de ARN de interferencia hacia la cadena funcional deseada, y las alteraciones dirigidas en posiciones críticas para la carga y actividad del RISC (por ejemplo, regiones terminales, centrales o de semilla) pueden perfeccionar aún más la especificidad y la actividad.

Modificaciones avanzadas

Más allá de las modificaciones tradicionales, los análogos avanzados como el ácido nucleico glicólico (GNA), el ácido nucleico peptídico (PNA), las modificaciones de morfolino y el triciclo-ADN representan enfoques innovadores para alterar completamente la estructura del esqueleto. Estas modificaciones proporcionan métodos alternativos para mejorar la estabilidad, la especificidad y el comportamiento farmacológico general, introduciendo a veces propiedades completamente nuevas que no se pueden obtener con las modificaciones clásicas del ARN.

Sistemas de administración para terapias con ARNsi

Se han producido avances significativos en la investigación de ARNsi para abordar problemas persistentes como la escasa estabilidad, la baja captación celular, la toxicidad y los efectos fuera del objetivo. En nuestro análisis de la CAS Content Collection, buscamos los sistemas de administración más utilizados para la administración de ARNsi y descubrimos que la mayoría de las publicaciones (63 %) mencionan sistemas de administración no virales, mientras que el 37 % menciona sistemas de administración basados en vectores virales (véase la Figura 4A).

Analizamos además la tendencia en el número de publicaciones durante los últimos años para cada uno de estos sistemas (véase la Figura 4B). Los vectores basados en lípidos muestran el aumento más destacado en cuanto a publicaciones en los últimos años, mientras que los conjugados de ARNsi también muestran un ligero incremento. Los vectores virales y los vectores basados en polímeros siguen una tendencia similar, mientras que las nanopartículas inorgánicas parecen haberse estancado en los últimos años.

Los vectores virales ofrecen una alta eficiencia de transfección debido a sus mecanismos naturales de entrada celular y, en algunos casos, permiten el direccionamiento específico a tejidos mediante modificaciones de la cápside diseñadas. Por ejemplo, los vectores AAV se han explorado en ensayos clínicos para trastornos neurológicos y oculares debido a su baja inmunogenicidad y tropismo tisular definido, mientras que los sistemas lentivirales siguen siendo fundamentales en estudios preclínicos de silenciamiento génico dirigidos a oncogenes.

Los vectores basados en lípidos siguen siendo la plataforma clínicamente más avanzada. Las LNP, que combinan lípidos ionizables, lípidos auxiliares, lípidos pegilados y colesterol, son ahora el estándar en la administración de ARNsi, como lo demuestra la terapia aprobada por la FDA patisiran para la amiloidosis hereditaria mediada por transtiretina. Los liposomas, en sus formas catiónicas y neutras con lípidos sensibles al pH añadidos para un mejor escape endosomal, también están bajo evaluación clínica y preclínica para numerosas indicaciones, incluidos el cáncer y los trastornos genéticos. Las nanopartículas lipídicas sólidas (SLN) y los lipoplejos contribuyen aún más a la diversidad de las plataformas basadas en lípidos al ofrecer perfiles de liberación controlada y procesos de producción escalables.

Los vectores basados en polímeros amplían estas opciones de administración al aprovechar la complejación electrostática del ARNsi con polímeros catiónicos, mejorando así la captación celular y facilitando el escape endosomal. Materiales como la polietilenimina (PEI), la poli-L-lisina (PLL), el quitosano y los dendrímeros PAMAM se han optimizado para su uso en enfermedades inflamatorias, neurológicas y oncológicas. Los investigadores también han diseñado polímeros sintéticos como los poli(β-aminoésteres) y polímeros naturales, incluido el ácido hialurónico para la administración dirigida, donde las modificaciones permiten la captación mediada por receptores.

Las nanopartículas inorgánicas también han atraído la atención como portadores de ARNsi. Las nanopartículas de oro (AuNP) pueden funcionalizarse con polímeros catiónicos para garantizar una unión segura del ARNsi y se han evaluado en modelos de cáncer por sus mecanismos de liberación fototérmica. Las nanopartículas de sílice mesoporosa, con sus tamaños de poro ajustables y funcionalización superficial con amino, se han diseñado para la liberación controlada de ARNsi en el microambiente tumoral. Las nanopartículas magnéticas, compuestas de óxidos de hierro, ofrecen los beneficios duales de la administración dirigida mediante campos magnéticos externos y la obtención de imágenes en tiempo real mediante resonancia magnética, lo que respalda su uso en diagnósticos y terapias.

Las estrategias de conjugación química directa proporcionan otra vía eficiente para la administración de ARNsi. Al vincular el ARNsi de forma covalente a ligandos de direccionamiento como los grupos GalNAc, los investigadores han logrado la administración específica a hepatocitos a través del receptor de asialoglicoproteína, lo cual ha demostrado ser fundamental para las enfermedades hepáticas. Otros restos conjugados, como el colesterol, los ácidos grasos, los ácidos biliares y los péptidos de penetración celular, mejoran la captación celular y la farmacocinética, ampliando así las posibles aplicaciones terapéuticas para incluir cánceres y trastornos metabólicos. Es interesante observar que, de las ocho terapias con ARNsi aprobadas por la FDA, siete contienen la modificación GalNAc.

Están surgiendo otros sistemas de administración avanzados que aprovechan materiales naturales y biorresponsivos. Los exosomas, las vesículas derivadas de células conocidas por sus funciones de comunicación innata y su capacidad para cruzar barreras biológicas como la barrera hematoencefálica, se están perfeccionando como portadores de ARNsi en trastornos del SNC. Paralelamente, los materiales biorresponsivos diseñados para liberar ARNsi en respuesta a desencadenantes específicos, como cambios de pH, actividad enzimática, condiciones redox o incluso exposición a la luz, se encuentran en fase de evaluación preclínica en modelos de tumores sólidos y cáncer de páncreas. Además, las esponjas de ARN de interferencia ofrecen un enfoque novedoso para la terapia de ARN de interferencia al encapsular el ARNsi dentro de una estructura porosa similar a una esponja, lo que potencialmente mejora la eficiencia y la estabilidad de la administración en comparación con los métodos tradicionales.

En conjunto, estas diversas plataformas de administración no solo mejoran la estabilidad, la biodistribución y la captación celular de los ARNsi, sino que también amplían el rango de aplicaciones clínicas desde enfermedades hepáticas y genéticas hasta la oncología y los trastornos del SNC. La integración de la ciencia de materiales avanzada con estrategias de direccionamiento molecular está allanando el camino para la próxima generación de terapias con ARNsi, ofreciendo modalidades de tratamiento más precisas, eficaces y seguras en diversas áreas de enfermedades.

Las terapias con siRNA en la medicina de precisión actual

Los avances en las modificaciones químicas y los sistemas de administración de las terapias con siRNA están impulsando una mayor investigación sobre el uso de estos fármacos para tratar diversas enfermedades. Como se observa en la Figura 3, los objetivos más estudiados incluyen el cáncer y las enfermedades cardiovasculares, pero existen otras áreas de interés:

• Cancer: Preclinical studies and early-phase clinical trials have explored targets like KRAS, VEGF, EGFR, HER2, and c-MYC in various cancers. These targets are key to tumor growth, angiogenesis and immune evasion. Early findings suggest that when these drivers are downregulated, there is a notable effect on tumor regression and metastasis. However, the heterogeneous nature of tumors and the complexity of the tumor microenvironment remain significant challenges, necessitating the development of advanced delivery systems such as tailored lipid nanoparticles or receptor-specific conjugates to ensure the siRNA reaches the intended cells effectively and safely. Recent studies have shown their additional potential in cancer treatment in combination with chemotherapy drugs or immune checkpoint inhibitors. ‍
• Cardiovascular disease: siRNA approaches have already reached a major milestone with the approval of drugs like inclisiran, which targets PCSK9 to robustly lower LDL cholesterol levels. Other targets such as ANGPTL3, APOB, and LPA are under investigation, with early clinical data suggesting that precise hepatic targeting can effectively modulate lipid profiles.  ‍
• Neurological and neurodegenerative conditions: The use of siRNAs to target proteins like APP, BACE1, tau, and α-synuclein offers promise for diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s, and ALS. Yet, the blood-brain barrier continues to present a challenging obstacle, prompting the exploration of direct delivery methods (e.g., intrathecal injections) or novel nanoparticle carriers to enhance central nervous system uptake. ‍
• Infectious diseases: siRNAs are being assessed for their ability to silence viral genes as seen in candidates targeting HBV transcripts or HIV regulatory proteins and to modulate host factors like ACE2 in the context of SARS-CoV-2. Although these strategies have shown encouraging reductions in viral load in early studies, rapid viral mutation and potential activation of innate immune responses pose ongoing challenges.  ‍
• Diabetes: The translation of siRNA therapeutics into clinical phases for diabetes is still emerging. However, several preclinical studies have underscored the potential of silencing targets such as PTP1B, TXNIP, and FOXO1 to enhance insulin signaling and preserve beta-cell function. The inherent complexity of metabolic regulation and the difficulty in achieving tissue-specific delivery of the siRNAs without off-target effects further complicate the journey toward clinical application. Other studies have used siRNA-mediated silencing approaches to study the role of important proteins like GLUT4, and GSK3B in insulin signaling.  

La expansión de la investigación en siRNA se ve subrayada por el hecho de que existen cientos de fármacos candidatos en desarrollo preclínico y clínico en estas categorías de enfermedades (véase la Figura 5). Cuatro fármacos se encuentran en fase III de desarrollo clínico para la aterosclerosis (Novo Nordisk/Eli Lilly), la enfermedad de Huntington (Ionis Pharmaceuticals/Roche), la distrofia miotónica (Avidity Biosciences) y la infección por hepatitis (Alnylam Pharmaceuticals/Vir Biotech). Los trastornos cardiovasculares, los trastornos neurológicos y el cáncer son las tres principales áreas terapéuticas por número de fármacos candidatos en desarrollo.  

Perspectivas de las terapias con siRNA

Aunque el hígado sigue siendo el objetivo principal en la investigación con siRNA, los esfuerzos actuales se centran en diseñar sistemas de administración dirigidos a otros órganos, como el cerebro, los pulmones, los riñones y los tumores sólidos. Esto implica el desarrollo de nuevos ligandos y formulaciones de nanopartículas capaces de superar barreras biológicas como la barrera hematoencefálica.

En oncología, las estrategias con siRNA pretenden suprimir oncogenes clave y contrarrestar la resistencia a los fármacos, con resultados prometedores en estudios iniciales. Se espera que los avances en transportadores lipídicos, vectores poliméricos y métodos de administración mediante exosomas aumenten la precisión y la eficiencia de la llegada a los tejidos. Las mejoras en las modificaciones químicas siguen optimizando la estabilidad del siRNA y reduciendo las respuestas inmunitarias, lo que amplía el margen terapéutico.

Estos avances podrían traducirse en una mayor aprobación y aplicación clínica de las terapias con siRNA en diversas enfermedades, ofreciendo esperanza a pacientes de todo el mundo gracias a importantes progresos en la medicina de precisión.