La terapia génica ha emergido como una de las áreas más prometedoras en la medicina moderna, ofreciendo la posibilidad de tratar enfermedades incurables mediante la introducción, modificación o regulación de genes en las células del paciente. Sin embargo, uno de los desafíos más significativos que enfrenta esta tecnología es lograr un control preciso y seguro de la expresión de los genes terapéuticos. La sobreexpresión o la variabilidad en los niveles de los genes introducidos puede provocar efectos adversos, incluyendo toxicidad, disfunciones neurológicas o cardíacas, y respuestas imprevistas del organismo. En este contexto, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha desarrollado innovadores circuitos genéticos que permiten un control más preciso de la dosificación génica en terapias, abriendo una nueva era en tratamientos personalizados y seguros. Estos nuevos circuitos, llamados ComMAND (compact microRNA-mediated attenuator of noise and dosage), utilizan microARNs inherentes a una arquitectura genética llamada circuito de alimentación directa incoherente (iFFL, por sus siglas en inglés).
Este diseño innovador logra controlar la expresión genética a nivel postranscripcional, minimizando la variabilidad y manteniendo la producción génica dentro de un rango seguro y efectivo. La utilización de microARNs, que son moléculas pequeñas y específicas, dentro de un único transcrito, hace que ComMAND sea compacto y eficiente, además de reducir la carga sobre los recursos celulares y minimizar potenciales respuestas inmunológicas. En terapias génicas convencionales, la expresión del gen terapéutico depende en gran medida de factores externos como el número de copias del gen insertadas o la actividad del promotor que lo controla. La falta de regulación estrecha en estos parámetros puede provocar que algunas células expresen niveles muy altos del gen, mientras que otras apenas lo hacen, generando una mezcla incontrolada que puede desencadenar toxicidad o ineficacia clínica. Precisamente, las patologías conocidas como haploinsuficiencias, donde la ausencia o disminución de la función de un solo gen resulta en enfermedad, se benefician especialmente de un control riguroso en la expresión del gen terapéutico.
ComMAND integra un microARN dentro de un intrón del gen terapéutico, de manera que tanto el microARN como el mRNA del gen objetivo se producen en cantidades estrechamente ligadas debido a su transcripción conjunta. Este enfoque elimina la descoordinación que se observa en diseños anteriores donde los elementos reguladores y los genes eran transcritos separadamente. En caso de que la maduración del ARN falle, el sistema previene la traducción del gen terapéutico, evitando niveles excesivos que podrían ser dañinos. Esta propiedad de seguridad intrínseca destaca a ComMAND como una herramienta avanzada para aplicaciones clínicas. El diseño de ComMAND ha sido probado y validado en diversos tipos celulares primarios relevantes para la terapia, tales como células T humanas, neuronas de rata, fibroblastos embrionarios de ratón y células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC).
En todos estos contextos, el circuito mostró un control eficiente, regulando la expresión génica dentro de un rango ajustado y reduciendo la variabilidad entre células, aspectos críticos para asegurar la eficacia y seguridad del tratamiento. Además, su funcionamiento es compatible con múltiples métodos de entrega genética, incluyendo transfección, vectores lentivirales y sistemas de integración como PiggyBac, lo que favorece su adaptabilidad a diferentes plataformas terapéuticas. Un aspecto relevante de la investigación es la aplicación de ComMAND en la regulación de genes implicados en desórdenes neurológicos monogénicos como la ataxia de Friedreich y el síndrome de X frágil. Ambos padecimientos requieren un equilibrio delicado en la expresión del gen afectado para evitar efectos tóxicos por sobreexpresión. Los estudios preliminares demostraron que ComMAND puede contener la expresión de los genes frataxina (FXN) y Fmr1 en un intervalo cercano a los niveles fisiológicos, lo que representa un paso importante hacia el desarrollo de terapias génicas más seguras para estas enfermedades.
El equipo de MIT también desarrolló un modelo matemático que describe el comportamiento del circuito ComMAND, permitiendo identificar los límites fisiológicos y estrategias para optimizar su rendimiento. Este modelo ayuda a comprender cómo parámetros como la cantidad de complejos RISC (RNA-induced silencing complex), la tasa de transcripción y el número de copias afectan la capacidad regulatoria del circuito. La saturación del complejo RISC, por ejemplo, representa una limitación natural en la regulación basada en microARNs, pero puede ser modulada ajustando la fuerza del promotor o la dosis del vector, lo que ofrece flexibilidad para aplicaciones clínicas. Además, la arquitectura de ComMAND supera o iguala el desempeño de diseños anteriores basados en sistemas de dos genes, que tienden a ser más voluminosos y susceptibles a desincronización entre los componentes reguladores y los genes objetivos. La integración en un solo transcrito refuerza la coordinación y reduce la variabilidad en la expresión genética, especialmente en contextos clínicos donde la dosis del vector es baja y la heterogeneidad del número de copias es alta.
Otro aspecto innovador es la capacidad de ComMAND para funcionar eficazmente con una variedad de configuraciones del ARN, incluyendo diferentes ubicaciones del microARN y del sitio objetivo, adaptándose así a distintas circunstancias de entrega y expresión celular. Este diseño modular permite personalizar la expresión terapéutica según las necesidades específicas de cada tratamiento y célula destino. En cuanto a los desafíos futuros, aunque ComMAND reduce con éxito la variabilidad en la expresión genética asociada con el número de copias y las diferencias en la actividad transcripcional, puede estar limitado en regular variaciones introducidas en etapas posteriores como la traducción o la degradación proteica. Por lo tanto, se vislumbra la posibilidad de combinar ComMAND con otros mecanismos de control genético para lograr un equilibrio aún más fino y robusto, fortaleciendo la predictibilidad y seguridad de las terapias génicas. La capacidad de integrar circuitos genéticos como ComMAND dentro de terapias avanzadas tiene implicaciones profundas que van más allá de la simple corrección genética.
