Las vacunas basadas en ARN son las protagonistas de la pandemia de COVID-19, estableciendo el récord del desarrollo de vacunas más rápido de la historia, con tan solo un año desde su desarrollo hasta la aprobación de la FDA. Más recientemente, la tecnología de ARNm ha recibido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2023, con Katalin Kariko y Drew Weissman ganando el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento de las modificaciones de bases de nucleósidos que condujeron al desarrollo de vacunas de ARNm eficaces contra la COVID-19.
Desde hace tiempo se reconoce que la tecnología del ARN presenta una limitación crítica: el ARN suele existir en una configuración lineal, lo que resulta en una vida útil relativamente corta para esta forma de ARNm. En pocas horas, las nucleasas intracelulares degradan estas moléculas. Si bien la naturaleza transitoria del ARN no supone un problema para las vacunas, ya que solo requiere un breve período para codificar las proteínas que desencadenan una respuesta inmunitaria, sí plantea desafíos para la mayoría de las aplicaciones terapéuticas donde se desea una estabilidad prolongada del ARN. Los ARN circulares (circARN), con su estructura de anillo cerrado covalentemente, ofrecen una ventaja significativa al protegerse de la degradación por nucleasas, mejorando así su estabilidad y prolongando su vida útil. En teoría, incluso a dosis bajas, el ARN circular podría mejorar la eficacia terapéutica.
Descubrimiento y desarrollo del ARN circular
Las circornas se descubrieron por primera vez en 1976, pero se creía que eran subproductos de errores de empalme del ARNm en las células. En 2013, se publicaron simultáneamente dos artículos de investigación sobre el ARN circular en la revista Nature, señalando que el ARN circular es un tipo de ARN no codificante con efecto regulador y que regula la expresión de otros genes actuando como una esponja de miARN. Esto hace que el ARN circular, que ha permanecido inactivo durante más de 30 años, se convierta en una nueva generación de moléculas estrella, y se ha descubierto que desempeña un importante papel regulador en la diferenciación celular, la homeostasis tisular, el desarrollo de enfermedades y el metabolismo inmunitario.
En julio de 2018, un punto de inflexión clave en la historia del desarrollo del ARN circular, Daniel Anderson y otros investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) publicaron un artículo en la revista Nature Communications, demostrando por primera vez que el ARN circular modificado puede expresar proteínas de forma estable y eficiente en células eucariotas. La novedosa aplicación del ARN circular foráneo para la expresión de proteínas en células eucariotas también ha demostrado que el ARN circular es un sustituto eficaz del ARNm lineal.
Auge del emprendimiento de ARN circular
Basándose en esta investigación, Daniel Anderson fundó Orna Therapeutics, la primera empresa del mundo en desarrollar nuevas terapias con ARN circular. La tecnología clave de la empresa reside en el desarrollo de la tecnología de ciclización de ARN, con la que lograron una construcción de ARN circular ultralarga para ciclar el ARNm de 12 000 nucleótidos que codifica la distrofina, un compuesto deficiente en la distrofia muscular de Duchenne (DMD).
Pero Orna no es la única startup que trabaja en la ciclización; existen otras empresas que adoptan un enfoque diferente para la creación de ARN circular. Torque Bio, por ejemplo, introduce las instrucciones para producir ARN circular en virus y las empalma dentro de sus células para generarlo. Chimera Therapeutics utiliza bacterias modificadas genéticamente para producir ARN circular.
Además, hay dos empresas emergentes de China, Cyclocode Biology y Cremate, que desarrollaron nuevas tecnologías de ciclización de ARN en artículos separados publicados en preimpresiones el año pasado.
Ventajas y avances del ARN circular
Al hablar de las ventajas del ARN circular, Howard Chang, de la Universidad de Stanford, sostiene que se puede obtener una proteína lo suficientemente duradera con una sola inyección.
En julio de 2022, el equipo de Zhang Yuanhao publicó un artículo en la revista Nature Biotechnology, que demostró que a través de múltiples diseños de optimización, el rendimiento proteico de la traducción exitosa del ARN circular se incrementó cientos de veces, lo que puede lograr una producción de proteínas efectiva y duradera in vivo.
Zhang, junto con el pionero del ARNm Drew Weissman, ganador del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2023, y otros, fundó una empresa llamada Orbital Therapeutics, que cerró una ronda Serie A de 270 millones de dólares en la primera mitad de este año.
Los defensores de la tecnología de ARN circular esperan que se convierta en la plataforma de ARN preferida por la industria farmacéutica, desbloqueando potencialmente la próxima generación de vacunas, terapias para enfermedades raras y medicamentos contra el cáncer.
Al desarrollar ARN circular como terapia, es necesario eliminar la secuencia sobrante en el proceso de formación del anillo para evitar una respuesta inmunitaria innecesaria. Lingling Chen, investigadora del Centro de Excelencia en Ciencias Moleculares y Celulares de la Academia China de Ciencias, explicó que esto depende en gran medida de la forma específica en que se construye el ARN circular. Su investigación, publicada en la revista Molecular Cell en noviembre de 2021, demuestra que, al construir ARN circular, la secuencia que deja el motivo de autoempalme distorsiona el plegamiento del ARN, lo que resulta en una estructura de anillo irregular que desencadena una respuesta inmunitaria.
Sin embargo, en algunos casos, es deseable una respuesta inmunitaria. En marzo de 2022, un equipo dirigido por el profesor Wei Wensheng, de la Universidad de Pekín, publicó un artículo en la revista Cell. El estudio demostró en ratones y monos que, en comparación con las vacunas de ARNm lineal, las vacunas de ARN circular indujeron más anticuerpos neutralizantes y respuestas de células T más eficaces. Además, el ARN circular es más estable a temperatura ambiente que el ARNm lineal, lo que significa que las vacunas basadas en ARN circular pueden almacenarse y transportarse sin necesidad de cadena de frío. El profesor Wei Wensheng fundó Cyranos Bio y ha comenzado los ensayos en humanos de una vacuna de ARN circular contra la COVID-19, lo que supone la primera vez que se prueba un fármaco sintético de ARN circular en humanos. En 2023, es posible que otros fármacos basados en ARN circular entren en ensayos clínicos, incluida una terapia contra el cáncer de CureVac que utiliza ARN circular para codificar la molécula inmunoestimulante interleucina-12 (IL-12).
Orna se prepara para iniciar un ensayo clínico de una terapia de ARN circular en 2024. Esta terapia de ARN circular puede reprogramar las células inmunitarias para combatir el cáncer de sangre. En la conferencia de la Sociedad Americana de Terapia Génica y Celular (ASGCT), celebrada en mayo de este año, los científicos de Orna presentaron resultados de investigación preclínica que demuestran que la inyección de una dosis baja de ARN circular administrado mediante LNP en ratones podría reprogramar las células T in situ y eliminar tumores en un modelo murino de leucemia sin necesidad de ingeniería celular compleja ni regímenes farmacológicos de acondicionamiento de alta intensidad.
Los ARN circulares sintéticos no solo pueden codificar proteínas terapéuticas. Al plegarse en formas específicas, estos ARN circulares también pueden unirse directamente a dianas como anticuerpos, actuando como un tipo de fármaco conocido como aptámero. Pueden capturar y aislar diferentes tipos de moléculas reguladoras, eliminándolas eficazmente del entorno celular. También pueden actuar como "factores antisentido" para unirse a las transcripciones génicas (ARNm), bloqueando o alterando su expresión. Además, pueden servir como moléculas guía para aplicaciones de edición de ARN, dirigiendo enzimas específicas a las transcripciones génicas mutantes que requieren corrección. Varias startups están explorando activamente estas aplicaciones.
La inteligencia artificial impulsa la investigación del ARN circular
En mayo de 2023, Huang Liang y Zhang Liang (actualmente profesor de la Universidad Farmacéutica de China), ambos de Baidu Research USA, en colaboración con Sinovac, publicaron un artículo en la prestigiosa revista académica internacional Nature. Utilizaron herramientas de inteligencia artificial (IA) para optimizar la secuencia de la vacuna de ARNm, contribuyendo así a crear un ARNm más eficaz y estable.
Esta investigación no solo proporciona una herramienta oportuna y prometedora para las vacunas de ARNm, sino que también ofrece un gran potencial para que las terapias de ARNm revolucionen la atención médica. LinearDesign, una herramienta de diseño lineal desarrollada en el estudio, optimiza el ARNm que codifica todas las proteínas terapéuticas, incluyendo anticuerpos monoclonales y fármacos anticancerígenos.
En julio de 2023, el equipo publicó un artículo en la preimpresión bioRxiv, desarrollando aún más la plataforma del algoritmo circDesign para la predicción de la estructura del ARN circular y el diseño de secuencias.
El equipo de investigación aplicó el algoritmo circDesign al diseño de optimización de secuencias de vacunas contra la rabia y el herpes zóster basadas en circRNA, lo que mejoró la estabilidad de la secuencia, la eficiencia de la traducción de proteínas y la inmunogenicidad de circRNA en modelos de ratón, y verificó con éxito la eficacia de la plataforma circDesign en la optimización del diseño de secuencias de circRNA.
Se informa que este es el primer caso en el mundo que optimiza el diseño de ARN circular a través de algoritmos de inteligencia artificial, lo que se espera que simplifique el diseño de optimización de secuencias de ARN circular y mejore la eficiencia, la estabilidad y el nivel de traducción de proteínas.
El profesor Zhang Liang, de la Universidad Farmacéutica de China, cocreador del algoritmo circDesign y LinearDesign, afirmó que, en comparación con el ARN lineal, el diseño de secuencias para ARN circular requiere considerar más factores, y el equipo está explorando activamente algoritmos de diseño para diferentes plataformas de ARN. Se espera que la tecnología de IA acelere el desarrollo de vacunas y fármacos de ARN.
Problemas con el ARN circular
Se han logrado nuevos avances en el campo del ARN circular, pero con el desarrollo del campo se han expuesto algunos problemas.
En junio, se reveló que Laronde, la empresa más financiada en el campo del ARN circular, cuyo proyecto principal de investigación utilizó ARN circular para expresar GLP-1 para la pérdida de peso, había falsificado datos. El evento también planteó dudas sobre el potencial del ARN circular.
Strand Therapeutics, empresa que desarrolla terapias de ARNm basadas en biología sintética, también ha desarrollado terapias basadas en circra, pero el Dr. Jake Becraft, cofundador y director ejecutivo de la empresa, afirmó que los cirrnas son una basura. La cantidad de desafíos que implica desarrollar un fármaco o terapia basado en ARN circular es abrumadora y a menudo se pasa por alto.
El primer ensayo clínico en humanos de un fármaco basado en ARN circular se inició en agosto. Sin embargo, el ARN circular está muy lejos de revolucionar el desarrollo de fármacos o de cumplir la promesa de Laronde de desarrollar 100 nuevos programas farmacológicos basados en ARN circular para finales de siglo. Si las ventajas del ARN circular lo harán superior a otros tratamientos duraderos, como la terapia génica tradicional y las nuevas terapias de edición genética, sigue siendo un área de investigación y estudio científico en curso.
Pero Alexander Wesselhoeft, primer autor del artículo de 2018 que fue pionero en nuevas aplicaciones de ARN circulares foráneos para proteínas expresadas en células eucariotas y cofundador de Orna Therapeutics, mantiene su optimismo sobre los ARN circulares. Actualmente, es director de Terapia de ARN en el Instituto Brigham de Terapia Génica y Celular del Hospital General de Massachusetts. Cree que, a pesar del gran éxito de las vacunas de ARNm lineal, los ARN circulares son el futuro y serán la primera opción para las tecnologías terapéuticas de ARN.
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