DBGen entrevista a
ALEX GARANTO, PhD.
Profesor Asociado del Centro Médico de la Universidad de Radboud (Nijmegen, Holanda)
Especialista en terapias moleculares para enfermedades hereditarias de la retina y trastornos neurometabólicos
El Dr. Alex Garanto realizó su tesis doctoral en la Universidad de Barcelona (2011) bajo la dirección de las Dras. R. González-Duarte y G. Marfany, estudiando la función de CERKL, un gen asociado a la Retinosis Pigmentaria y la Distrofia de Conos y Bastones. Después de su doctorado obtuvo una plaza postdoctoral y se integró en el grupo de Terapia Génica de patologías que causan la Ceguera, en el Departamento de Genética Humana de la Universidad de Radboud, Nijmegen (Holanda). Bajo la dirección del Dr. Rob Collin, generó modelos in vitro e in vivo que abrieron nuevas perspectivas y sentaron las bases para el desarrollo de nuevas terapias para trastornos de la retina. Actualmente (2022) es Profesor Asociado en los Departamentos de Pediatría y de Genética Humana del Centro Médico de la Universidad de Radboud, en donde lidera un grupo de investigación dedicado al estudio de terapias moleculares para el tratamiento de enfermedades neurometabólicas y de retina hereditarias.
En su carrera profesional, hay una transición desde el estudio de la función de CERKL y la generación de modelos animales al desarrollo de modelos celulares (organoides). ¿Cuáles fueron los pasos clave y los objetivos de este proceso?
Los modelos animales han contribuído considerablemente a identificar la función de los genes y comprender muchos procesos funcionales. Sin embargo, la retina es un tejido muy especializado y las observaciones en modelos animales no siempre reflejan las que se observan en el fenotipo humano. En mi experiencia, tanto durante mi doctorado como en mi postdoctorado, generé y caractericé dos modelos animales (uno para CERKL y otro para CEP290) y ninguno mostró los rasgos asociados al fenotipo humano. Esto también se ha demostrado para otros modelos descritos, como los ratones con mutaciones en ABCA4.
Además, en mi grupo de investigación, desarrollamos terapias génicas basadas principalmente en oligonucleótidos antisentido (AON) y técnicas de edición del genoma. Estos enfoques son específicos de la secuencia del gen y, por lo tanto, la misma molécula diseñada para humanos no es compatible, por ejemplo, con la secuencia de ratón. Por todas estas razones, comenzamos a desarrollar modelos humanos basados en tecnología de células madre. Las ventajas de estos modelos se basan en que a partir de las células sanguíneas del paciente podemos generar células madre pluripotentes que posteriormente pueden diferenciarse en células similares a la retina que permiten el estudio de los mecanismos de la enfermedad, ensayar terapias y realizar ensayos funcionales.
Una de las características claves de su investigación son los enfoques metodológicos innovadores para la generación de organoides de retina. ¿Podría el uso de estas estructuras similares a órganos en 3D mejorar los modelos animales para incrementar el conocimiento de los mecanismos de la enfermedad y el desarrollo de nuevos tratamientos? ¿Podría explicar su contribución diferencial en relación con los enfoques anteriores?
La generación de células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) ha revolucionado el desarrollo de modelos celulares. Antiguamente, cultivar neuronas era complicado porque no se dividían, pero hoy en día en semanas o meses podemos tener diferentes tipos de células partiendo de un mismo origen. Estos modelos suelen estar basados en células humanas, permiten reproducir las características patológicas y ensayar terapias nuevas o conocidas. En el pasado, todos estos procesos se probaron en animales, y ha habido ejemplos en los que algo que parecía no ser tóxico en ratones, lo era en humanos y viceversa. Otra ventaja de estos modelos es que podemos generar cultivos 2D o también organoides 3D. Estos últimos son estructuras que se asemejan relativamente bien a la retina o al cerebro por ejemplo. En los cultivos 2D, se genera fácilmente una población pura de células, o una combinación de ellas, sin la organización de la estructura espacial tridimensional adecuada. De hecho, en Holanda, se promueve decididamente la tecnología de órgano en chip, para desarrollar modelos celulares basados en humanos que puedan mimetizar la situación humana y permitir los ensayos para evaluar de terapias, reduciendo así el número de animales de experimentación.
En particular, cuando se habla del ojo, estos organoides 3D aún no son perfectos. Los fotorreceptores carecen del segmento externo y RPE (epitelio pigmentario de la retina, por sus siglas en inglés) que cubre y protege los fotorreceptores. Además, el proceso de diferenciación es costoso y largo (mínimo 150-180 días, en la actualidad hay publicaciones que sugieren 250-280 días). Sin embargo, la estructura general de la retina está ahí, y esto ha permitido estudiar la localización de proteínas o el efecto de las mutaciones. En este artículo se puede encontrar un ejemplo de cómo se empleó esta tecnología para ensayar una terapia. Usando organoides, fue posible determinar la eficacia de una molécula de oligonucleótido antisentido a nivel de ARN y proteína. Además, fue posible evaluar los efectos tóxicos debidos a un enlace erróneo de la molécula (efecto off-target) y la toxicidad potencial que generan las modificaciones químicas presentes en la molécula. Con esta información y los datos sobre la toxicología mínima (sin cálculos de eficacia) generada en conejos y primates no humanos, la molécula fue aprobada para un ensayo clínico de fase 1/2.
En base a su experiencia en el uso de oligonucleótidos antisentido (AON por sus siglas en inglés) con fines terapéuticos en modelos animales, ¿cómo evalúa sus aplicaciones presentes y futuras en relación con otras terapias?
Los oligonucleótidos antisentido son pequeñas moléculas de ácido nucleico que pueden tener múltiples funciones. En nuestros estudios los usamos principalmente para modular el splicing. En particular, utilizamos AON para eliminar los pseudoexones que debido a variantes intrónicas internas, se han incorporado en el ARNm final. Considerando los beneficios, los AON son moléculas relativamente pequeñas que pueden introducirse en el ojo mediante una inyección intraocular y incorporarse en las células de la retina. Debido a que el ojo es un entorno cerrado con células que no se dividen, el efecto de estos AON puede durar más que cuando se administra sistémicamente a otros tejidos. Como dato negativo, tienen una vida media de 3 a 6 meses en el ojo, y esto significa que se requerirán inyecciones durante toda la vida del individuo. Esto es al mismo tiempo algo positivo cuando se compara con otras terapias como la adición de genes. En este caso, se transfiere una copia correcta del gen en un virus. Suele ser una sola inyección con un efecto, en principio, de por vida. Si este proceso genera un efecto tóxico potencial, el virus ya está en el ojo y no se puede eliminar. En cambio, si los AON no son bien tolerados, al suspender el tratamiento esperamos que los efectos tóxicos desaparecieran.
El desafío actual para los AON para terapias retinales es evaluar la eficacia en modelos relevantes. A diferencia de otras enfermedades, la transferencia al ojo es fácil. Sin embargo, cuando es necesario dirigirlos a otros órganos o tejidos, la transferencia sigue siendo un gran desafío. Para subsanarlo, se ensayan nanopartículas, péptidos conjugados, nuevas modificaciones químicas, etc. para aumentar la captación por aquellos órganos en los que la entrega local no es una opción y son difíciles de alcanzar por entrega sistémica.
Al evaluar la eficacia in vivo, generalmente tenemos el problema de que estos AON se dirigen a una secuencia humana. Por lo tanto, un modelo humanizado sería el candidato ideal. Sin embargo, esto no siempre es posible y como expliqué en las preguntas anteriores, los animales no siempre mimetizan el fenotipo humano. Hoy en día, la mayoría de los datos de eficacia se obtienen in vitro, pero a menudo faltan sistemas de evaluación cuantificables. Esto significa que las valoraciones funcionales incrementarán la aplicación de AON y otras terapias.
Si pensamos en el futuro de los AON en comparación con otras terapias, es que pueden diseñarse y probarse relativamente rápido a un coste menor que la adición de genes, por ejemplo, acelerando así el desarrollo de tratamientos potenciales. Como he mencionado anteriormente, a pesar de que en nuestro laboratorio los usamos principalmente para modular el splicing, los AON también pueden ser utilizados para degradar un producto de transcripción, bloquear la traducción o modular la expresión génica.
Una vez superada la fase preclínica, las empresas biotecnológicas pasan a iniciar las fases clínicas en humanos. ¿Cuál es la relación de las etapas preclínicas con las compañías farmacéuticas en Holanda?
Desarrollar cualquier tipo de terapia genética es costoso. Por lo tanto, el trabajo preclínico a menudo está subvencionado, pero la traducción a la clínica no se puede hacer fácilmente en un entorno académico. Por lo tanto, la interacción entre la academia y la industria es crucial. En el campo de los oligonucleótidos estamos bastante bien conectados. Un gran ejemplo es la Sociedad Terapéutica de Oligonucleótidos, una reunión científica en la que la academia y la industria están igualmente representadas. Además, otro actor importante que a menudo olvidamos son los pacientes y las organizaciones de pacientes. Definitivamente deberíamos tenerlos también a bordo en el diseño de cualquier estrategia. Además, apoyan financieramente nuestra investigación, tanto el trabajo en la academia como en la industria. Y por último, pero no menos importante, las regulaciones también son importantes. Necesitamos diseñar e identificar nuevas formas de:
- Diseñar estos ensayos clínicos: normalmente estas terapias están dirigidas a enfermedades raras. Por lo tanto, puede ocurrir que en un estudio de fase 1/2 se trate a la mayoría de los pacientes.
- Disminuir el precio del fármaco si llega al mercado, por ejemplo, Luxturna cuesta aproximadamente 350 000 euros por inyección, es decir, 700 000 euros por paciente para los 2 ojos.
- Incrementar la interacción entre la academia y la industria para acelerar el desarrollo.
En general, el campo está progresando rápidamente, pero todavía tenemos obstáculos que debemos abordar.
¿Qué espera para el futuro de las terapias en el campo de la IRD y otros trastornos metabólicos?
El ojo es el órgano ideal para la terapia y espero un aumento de terapias génicas accesibles en los próximos años. Para las enfermedades neurometabólicas, es un poco diferente. Estas enfermedades son a menudo multiorgánicas y, por lo tanto, más desafiantes. Para las enfermedades que afectan al hígado, varios enfoques ya están en etapas avanzadas. Para otras enfermedades se utiliza una combinación de terapia celular y genética. Por ejemplo, extraer células del paciente, modificarlas ex-vivo y volver a implantarlas. En definitiva, se están desarrollando muchas y muchas estrategias y se está evaluando su potencial terapéutico. Un aspecto importante que no se cubre fácilmente en todos los países es un buen sistema de diagnóstico genético. Muchos pacientes no han sido diagnosticado, no se ha identificado el gen mutado y esto complica la elegibilidad o el diseño de las opciones de tratamiento.
Por último, pero no menos importante, espero en los próximos años un aumento en el número de tratamientos genéticos para variantes únicas o ultra raras. De hecho, en el campo de la AON hay un caso inspirador publicado en 2019 en el que se desarrolló una AON personalizada para un solo paciente en menos de un año. Este estudio ha llevado a la creación de nuevas iniciativas para llevar el tratamiento AON a estas mutaciones únicas en un contexto no comercial. Algunos ejemplos de estas iniciativas son: n-lorem, 1M1M (una mutación, un medicamento) o el Centro holandés de terapias de ARN (DCRT).
Premios y Reconocimientos:
- 2023: Nombrado Investigador Principal titular, Radboud UMC.
- 2022: Editor del libro Antisense RNA Design, Delivery, and Analysis (open access: https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-0716-2010-6).
- 2021: Premio Mary Ann Liebert, Inc. publishers. Young Investigator Award of the Oligonucleotide Therapeutics Society.
- 2021: Plaza titular en el Dpto. de Pediatría en combinación con el Dpto. de Genética Humana.
- 2020: Nombrado Investigador Principal Junior, Radboud UMC.
- 2014-2019: Diversas becas de viaje para asistencia a seminarios internacionales, incluyendo ARVO international, Oligonucleotide Therapeutics Society, Pro-Retina, Retina International, etc.
- 2014: EMBO Short-term fellowship
Publicaciones recomendadas:
Antisense RNA Therapeutics: A Brief Overview. Arechavala-Gomeza V, Garanto A. Methods Mol Biol. 2022. 2434:33-49.
A look into retinal organoids: methods, analytical techniques, and applications. Afanasyeva TAV, Corral-Serrano JC, Garanto A, Roepman R, Cheetham ME, Collin RWJ. Cell Mol Life Sci. 2021. 78(19-20):6505-6532.
Antisense Oligonucleotide-Based Rescue of Aberrant Splicing Defects Caused by 15 Pathogenic Variants in ABCA4. Tomkiewicz TZ, Suárez-Herrera N, Cremers FPM, Collin RWJ, Garanto A. Int J Mol Sci. 2021. 22(9):4621.
Delivery of oligonucleotide-based therapeutics: challenges and opportunities. Hammond SM, Aartsma-Rus A, Alves S, Borgos SE, Buijsen RAM, Collin RWJ, Covello G, Denti MA, Desviat LR, Echevarría L, Foged C, Gaina G, Garanto A, Goyenvalle AT, Guzowska M, Holodnuka I, Jones DR, Krause S, Lehto T, Montolio M, Van Roon-Mom W, Arechavala-Gomeza V. EMBO Mol Med. 2021. 13(4):e13243.
Identification and Rescue of Splice Defects Caused by Two Neighboring Deep-Intronic ABCA4 Mutations Underlying Stargardt Disease. Albert S, Garanto A, Sangermano R, Khan M, Bax NM, Hoyng CB, Zernant J, Lee W, Allikmets R, Collin RWJ, Cremers FPM. Am J Hum Genet. 2018. 102(4):517-527