A origem e a história de fundo:
Repetições palindrômicas curtas agrupadas regularmente interespaçadas, ou "CRISPR" (pronuncia-se "crisper"), são um mecanismo de defesa bacteriana que serve de base para a técnica de edição do genoma CRISPR-Cas9. O termo "CRISPR" ou "CRISPR-Cas9" é frequentemente usado informalmente no campo da engenharia genômica para se referir aos numerosos sistemas CRISPR-Cas9 e -CPF1 (e outros) que podem ser programados para atingir trechos específicos do código genético e para editar DNA em locais precisos, bem como para outros usos, como o desenvolvimento de novas ferramentas de diagnóstico. Estas tecnologias permitem a modificação permanente de genes em células vivas e animais. No futuro, poderá permitir a correção de mutações específicas no genoma humano para tratar doenças com causas genéticas.
Os pesquisadores nunca imaginaram ser capazes de alterar o código genético das células vivas com tanta rapidez e facilidade. O CRISPR, que funciona como uma tesoura para excluir, inserir ou editar com precisão pedaços específicos de DNA dentro das células, torna isso possível. Esta revolucionária ferramenta de edição genética foi descoberta como um projeto paralelo alimentado pela curiosidade sobre como as bactérias combatem os vírus. Drs. Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier receberam o Prêmio Nobel de Medicina em 2020 por seu trabalho no CRISPR. Há um ano, começou o primeiro ensaio clínico nos EUA de imunoterapia contra o câncer fabricada com CRISPR, e mais pesquisas estão sendo conduzidas sobre tratamentos contra o câncer fabricados com CRISPR. Além disso, estão começando os testes para testar o CRISPR diretamente no corpo. Embora o CRISPR seja um divisor de águas, ele tem limitações e o debate sobre a ética da edição genética continua. Mas uma coisa é certa: o CRISPR é uma ferramenta potente que tem o potencial de fazer avançar significativamente a investigação sobre o cancro e ir além.
Nos últimos dez anos, CRISPR evoluiu de um acrônimo para um verbo que mudou completamente a forma como a pesquisa biomédica é conduzida e como todos os elementos da biologia celular são estudados. No estudo do câncer, o CRISPR e métodos relacionados abriram uma janela para questões que antes eram intransponíveis em nosso conhecimento do genoma não-codificante, da heterogeneidade tumoral e da biologia do câncer. Eles também revelaram novas informações sobre vulnerabilidades terapêuticas. CRISPR/Cas9 pode ser utilizado na pesquisa do câncer para modificar genomas e investigar os mecanismos de carcinogênese e desenvolvimento, porque alterações genômicas nas células tumorais causam câncer. Com resultados impressionantes, o sistema CRISPR/Cas9 tem sido utilizado com mais frequência nos últimos anos na investigação e tratamento do cancro.
A Data Bridge Market Research analisa uma taxa de crescimento no mercado global de repetições palindrômicas curtas regularmente intercaladas (CRISPR) no período de previsão 2022-2029. O CAGR esperado do mercado global de biópsia de medula óssea tende a ficar em torno de 10,7% no período de previsão mencionado. O mercado foi avaliado em US$ 762,39 milhões em 2021 e cresceria até US$ 1.719,33 milhões até 2029. A América do Norte é a região dominante devido às oportunidades influentes de uma inclinação crescente em biotecnologia e empresas farmacêuticas.
Para saber mais sobre o estudo, acesse: https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-clustered-regularly-interspersed-short-palindromic-repeats-crispr-market
CRISPR: uma tecnologia que ocorreu em 2013
A conveniência oferecida pelo CRISPR tornou-o uma tecnologia convencional em câncer e estudos clínicos e biológicos. Os cientistas têm procurado uma técnica simples para reverter essas alterações, modificando o DNA, desde que aprenderam que as mutações no DNA são a causa raiz do câncer. Embora muitas técnicas de edição genética tenham sido criadas ao longo dos anos, nenhuma atendeu aos critérios de uma tecnologia rápida, simples e acessível. Mas em 2013, vários estudos revelaram que uma ferramenta de edição genética conhecida como CRISPR poderia modificar o DNA das células humanas como uma tesoura simples e afinada. A nova tecnologia mudou dramaticamente o que é possível e o que é impossível na comunidade científica. Os pesquisadores do câncer aproveitaram a possibilidade de empregar o CRISPR assim que ele apareceu nas prateleiras e freezers dos laboratórios em todo o mundo.
O CRISPR foi inspirado na natureza, assim como muitas outras descobertas na ciência e na saúde. Neste caso, o conceito foi retirado de um mecanismo de defesa simples em algumas criaturas, como as bactérias. Esses microrganismos capturam pedaços do DNA do intruso e os armazenam como segmentos conhecidos como CRISPRs, ou agrupamentos de pequenas repetições palindrômicas regularmente intercaladas, para se defenderem contra invasores como vírus. Esses fragmentos de DNA (convertidos em breves fragmentos de RNA) auxiliam uma enzima chamada Cas a localizar e fatiar o DNA do invasor caso o mesmo germe tente atacar novamente.
Quando esse mecanismo de defesa foi descoberto, os pesquisadores perceberam que ele poderia ser usado como uma ferramenta flexível de edição genética. Vários grupos adaptaram com sucesso o método para alterar quase qualquer região do DNA dentro de alguns anos, inicialmente nas células de outras bactérias e, eventualmente, nas células humanas. Dois componentes principais constituem a ferramenta CRISPR no laboratório: um RNA guia e uma enzima de corte de DNA, mais frequentemente Cas9. Os cientistas criam o RNA guia para espelhar o DNA do gene a ser alterado (chamado de alvo). De acordo com o seu nome, o RNA guia se une a Cas e direciona Cas para o alvo. O DNA do gene alvo é cortado por Cas quando o RNA guia e o DNA se alinham.
Dependendo da ferramenta CRISPR usada, a próxima etapa varia. Em casos raros, o DNA do gene alvo é danificado durante o reparo, tornando o gene inativo. Outras variantes do CRISPR permitem uma edição genética mais precisa, como adicionar um novo segmento de DNA ou modificar uma única letra de DNA. Além disso, os pesquisadores utilizaram o CRISPR para encontrar alvos específicos, como RNA de células cancerígenas e DNA de vírus que causam câncer. O CRISPR foi usado recentemente como um teste experimental para encontrar o novo coronavírus. Mas a questão é: como o CRISPR se compara a outras ferramentas de edição de genoma?
Outros métodos de edição de genoma actualmente em uso estão a ser substituídos pelo CRISPR-Cas9, que se revela mais eficaz e adaptável. Ao contrário de outras ferramentas, o sistema CRISPR-Cas9 não requer emparelhamento com enzimas de clivagem separadas porque é capaz de cortar cadeias de DNA por si só. Além disso, eles podem ser rapidamente emparelhados com sequências de RNA “guia” personalizadas (gRNA) que os direcionarão para seus alvos de DNA. Essas sequências de gRNA foram produzidas anteriormente em dezenas de milhares e estão disponíveis para a comunidade científica. Outra característica que distingue o CRISPR-Cas9 de outras técnicas de edição genética é a sua capacidade de atingir vários genes simultaneamente.
Na Universidade da Pensilvânia, o primeiro ensaio testando um medicamento contra o câncer criado pelo CRISPR nos Estados Unidos começou em 2019. A pesquisa, apoiada parcialmente pelo NCI, examina uma espécie de imunoterapia em que as células imunológicas do próprio paciente são geneticamente alteradas para mais efetivamente "ver" e erradicar o câncer. Quatro alterações genéticas são feitas nas células T, células do sistema imunológico com capacidade de erradicar o câncer, como parte da terapia.
Primeiro, a inclusão de um gene sintético equipa as células T com uma proteína em forma de garra (referida como receptor) que pode “ver” a substância química NY-ESO-1 em algumas células cancerígenas. Em seguida, três genes são deletados usando CRISPR, dois dos quais podem interferir no receptor NY-ESO-1 e um deles prejudica a capacidade das células de combater o câncer. Grandes quantidades do produto final, também conhecidas como células T NYCE, foram produzidas antes de serem colocadas nos pacientes. Este estudo teve como objetivo determinar a segurança da terapia feita com CRISPR. Dois pacientes com mieloma múltiplo avançado e um com sarcoma metastático foram submetidos a testes. O alvo da terapia com células T, NY-ESO-1, estava presente nos tumores dos três pacientes.
Pesquisas iniciais apontam para a segurança do tratamento. Houve alguns efeitos colaterais, mas os pesquisadores concluíram que provavelmente foram provocados pela quimioterapia que os pacientes haviam feito anteriormente. Não houve provas de que as células editadas pelo CRISPR desencadearam uma resposta imunológica.
Todas as quatro modificações genéticas alvo estavam presentes em apenas cerca de 10% das células T utilizadas na terapia. Além disso, as células editadas dos três pacientes continham alterações fora do alvo. Dr. Stadtmauer observou que nenhuma das células editadas fora do alvo se expandiu de uma maneira que sugerisse que elas haviam se desenvolvido em câncer. Os cânceres nos pacientes quase não mudaram como resultado do tratamento. Os tumores de dois pacientes – um com mieloma múltiplo e outro com sarcoma – pararam de crescer por um período antes de começarem novamente. Para o terceiro paciente, o procedimento não teve nenhum efeito.
Limitações do CRISPR
O CRISPR emergiu como o método preferido para pesquisadores do câncer devido às suas vantagens sobre outras técnicas de edição genética. Também há otimismo de que será útil no tratamento do câncer. Mas o CRISPR tem falhas e, devido a essas desvantagens, muitos cientistas hesitam em usá-lo em humanos.
Fig: Limitações do CRISPR
- Edição fora do alvo- A edição fora do alvo, ou quando o CRISPR faz cortes de DNA fora do gene alvo, é uma séria desvantagem. Tal como aconteceu num estudo de terapia genética de 2002, os cientistas estão preocupados com o facto de tais alterações inadvertidas poderem ser prejudiciais e possivelmente causar a malignidade das células. Há alguma preocupação de que [CRISPR] possa levar ao câncer se começar a danificar regiões aleatórias do genoma e fazer com que a célula comece a juntar as coisas de maneiras bizarras. No entanto, os pesquisadores aumentaram a capacidade do CRISPR de cortar seletivamente o alvo pretendido, modificando o Cas e guiando as arquiteturas de RNA.
- Procedimento Complexo- O desafio de colocar componentes CRISPR nas células é outra barreira possível. Cooptar um vírus para realizar a tarefa é o método mais popular para fazer isso. O vírus foi alterado para conter genes guia de RNA e Cas, em vez de genes que causam doenças. Uma coisa é introduzir CRISPR em células cultivadas em laboratório, mas outra bem diferente é fazê-lo em células corporais humanas. Alguns vírus portadores de CRISPR podem infectar vários tipos de células, podendo, por exemplo, modificar células musculares enquanto o alvo pretendido são as células do fígado. Os pesquisadores estão estudando várias estratégias para administrar com precisão o CRISPR a células ou órgãos específicos do corpo humano. Vírus que afetam apenas um órgão, como o fígado ou o cérebro, estão sendo testados por alguns. Outros produziram objetos minúsculos conhecidos como nanocápsulas que se destinam a fornecer elementos CRISPR a células específicas.
- Restrições do sistema imunológico Também existem preocupações sobre como o corpo – especialmente o sistema imunológico – responderá aos vírus portadores do CRISPR ou aos próprios componentes do CRISPR, porque o CRISPR só recentemente foi testado em humanos. Algumas pessoas estão preocupadas com a possibilidade de o sistema imunológico destruir células editadas pelo CRISPR se atacar Cas, uma enzima bacteriana estranha ao corpo humano. Um paciente faleceu há vinte anos como resultado do enorme ataque do seu sistema imunológico aos vírus que transportavam a terapia genética que ele havia recebido. As estratégias mais recentes baseadas em CRISPR, por outro lado, dependem de vírus que parecem ser mais seguros do que aqueles utilizados em tratamentos genéticos anteriores.
- Editando acidentes no corpo- Outra questão significativa é que a alteração das células corporais pode alterar involuntariamente os espermatozoides ou óvulos, que podem ser transmitidos às gerações seguintes. No entanto, em praticamente todos os experimentos atuais do CRISPR em humanos, as células dos pacientes são retiradas e modificadas fora de seus corpos. Uma vez que pode ser regulado com mais precisão do que a tentativa de modificar células dentro do corpo, o método “ex vivo” é considerado mais seguro. No entanto, um estudo em andamento está explorando a edição do gene CRISPR diretamente nos olhos de indivíduos com amaurose congênita de Leber, um distúrbio hereditário que causa cegueira.
A conclusão e o futuro:
CRISPR, pronunciado "mais nítido", é uma ferramenta de ponta para tratamento de câncer e edição de genes que corrige DNA danificado cortando e colando. Cortes no DNA podem desativar genes específicos, eliminar mutações causadoras de câncer ou resolver um problema de produção. A farmacêutica AbbVie e a Caribou Biosciences declararam em fevereiro de 2021 que empregariam CRISPR para aprimorar a terapia com células T CAR, que modifica geneticamente as células T (glóbulos brancos) de um paciente para combater o câncer. Leva meses, e não um ou dois anos, para que a edição do gene CRISPR altere geneticamente as células T, tornando-a uma nova tecnologia potencial para o tratamento do câncer. Como resultado, os pacientes podem receber tratamento consideravelmente mais rapidamente.
A medicina genética tem um potencial inovador. Modificar sequências específicas de DNA pode mudar a forma como seu corpo combate o câncer. Esta tecnologia pode dar esperança aos pacientes, aumentando a especificidade do tratamento e diminuindo a probabilidade de recorrência do cancro. Os cientistas podem remover genes de resistência a medicamentos do DNA do tumor. Como resultado, a quimioterapia seria mais eficaz e poderia impedir que mutações se transformassem em malignidades agressivas, melhorando a qualidade de vida dos pacientes com cancro. Os médicos também podem usar a tecnologia CRISPR para eliminar o gene causador do câncer e examinar os pacientes em busca de anormalidades no DNA de alto risco. 2019 viu o início dos primeiros estudos clínicos de câncer baseados em CRISPR. Eles se concentraram em melhorar as atuais terapias contra o câncer de pulmão, incluindo a quimioterapia.
O CRISPR permite que os pesquisadores modifiquem o DNA para melhorar as opções de tratamento do câncer ou prevenir o câncer. No futuro, opções de tratamento mais individualizadas e um melhor prognóstico para pacientes com câncer serão possíveis devido à expansão da medicina genética. Já existem ensaios clínicos em andamento para mais terapias contra o câncer criadas pelo CRISPR. Os tratamentos com células T CAR projetados por CRISPR são um tipo adicional de imunoterapia que está sendo testado em alguns ensaios. Uma empresa, por exemplo, está testando células T CAR projetadas por CRISPR em pacientes com mieloma múltiplo e malignidades de células B.
Em relação a todas as aplicações potenciais do CRISPR na investigação e tratamento do cancro, ainda existem muitas questões sem resposta. Mas uma coisa é certa: a indústria está a desenvolver-se muito rapidamente e novas utilizações para a tecnologia surgem continuamente.
A detecção e diagnóstico global do gene CRISPR é de suporte e visa reduzir a gravidade dos sintomas. A Data Bridge Market Research analisa que o mercado de detecção e diagnóstico de genes CRISPR crescerá a um CAGR de 19,5% de 2022 a 2029. O mercado de detecção e diagnóstico de genes CRISPR é segmentado com base em seis segmentos: classe, produtos e serviços, aplicação, fluxo de trabalho, usuário final e canal de distribuição.
Para saber mais sobre o estudo, acesse: https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-crispr-gene-detection-and-diagnostic-market
