W ramach współpracy naukowcy z Lewis Katz School of Medicine na Temple University i University of Nebraska Medical Center (UNMC) zaprojektowali eksperyment, dzięki któremu po raz pierwszy z genomów żywych zwierząt wyeliminowano zdolny do replikacji gen HIV-1. Stanowi to kluczowy krok w kierunku opracowania leku na zakażenie HIV i zachorowalność na AIDS u ludzi.
Obecne leczenie HIV koncentruje się na stosowaniu terapii antyretrowirusowej (ART). ART hamuje replikację HIV, ale nie eliminuje wirusa z organizmu. Dlatego ART nie jest lekiem na HIV i wymaga długotrwałego stosowania. Wstrzymanie kuracji powoduje uaktywnienie HIV, odnowienie replikacji i wzmożenie rozwoju AIDS. Ponowna aktywność HIV jest bezpośrednio związana ze zdolnością wirusa do integracji jego DNA z genomami komórek układu odpornościowego gospodarza. Dzięki temu może on przebywać w stanie uśpienia i poza zasięgiem leków antyretrowirusowych.
W poprzedniej swojej pracy zespół dr Khalili wykorzystał technologię CRISPR-Cas9 do opracowania nowego systemu edycji genów i terapii genowej. Miało to na celu usunięcie DNA HIV z genomów zawierających wirusa. U szczurów i myszy wykazano, że system edycji genów może skutecznie usunąć duże fragmenty DNA HIV z zainfekowanych komórek, znacząco wpływając na ekspresję genów wirusowych. Jednak podobnie jak w przypadku ART, edycja genów nie mogła całkowicie wyeliminować wirusa HIV. Jednak zespół badawczy nie poddał się i dowiódł, że leczenie powstrzymujące replikację HIV i terapia edycji genów, podawane sekwencyjnie, mogą wyeliminować HIV z komórek i narządów zakażonych zwierząt.
W ramach nowego badania dr Khalili i jego koledzy połączyli swój system edycji genów z ART i niedawno opracowaną strategią terapeutyczną, znaną jako długo działające powolne uwalnianie (ang. long-acting slow-effective release, LASER). LASER ART został opracowany wspólnie przez dr Gendelmana i Bensona Edagwa z UNMC.
Terapia LASER ART jest ukierunkowana na rezerwuary wirusów i utrzymuje replikację HIV na niskim poziomie przez dłuższy czas, przy zmniejszaniu częstotliwości stosowania ART. Wydłużenie działania leków było możliwe dzięki farmakologicznym zmianom w ich strukturze chemicznej. Zmodyfikowany lek "zapakowano" następnie w nanokryształy, które łatwo rozprzestrzeniają się w tkankach, w których HIV prawdopodobnie pozostaje w stanie uśpienia. Nanokryształy, przechowywane w komórkach tygodniami, powoli uwalniają lek.
Celem badaczy było także sprawdzenie czy LASER ART może powstrzymać replikację HIV na tyle długo, aby CRISPR-Cas9 całkowicie pozbył się komórek wirusowego DNA.
Aby przetestować swój pomysł, naukowcy wykorzystali myszy zdolne do produkcji ludzkich komórek T podatnych na zakażenie HIV. Model pozwolił na długotrwałe zakażenie wirusowe i opóźnienie indukowane przez ART. Po ustabilizowaniu infekcji, myszy leczono LASER ART, a następnie CRISPR-Cas9. Pod koniec terapii gryzonie badano pod kątem obciążenia wirusem. Analizy odkryły całkowitą eliminację DNA HIV u około jednej trzeciej zakażonych myszy.
Praca wykazała, że zarówno CRISPR-Cas9, jak i supresja wirusa, mogą być stosowane przy pomocy metody LASER ART, a podawane razem są w stanie wyleczyć zakażenia HIV. Doświadczenie wytyczyło drogę do podjęcia prób terapii u naczelnych i prawdopodobnie badań klinicznych u pacjentów w ciągu najbliższego roku.
Osiągnięcie to nie byłoby możliwe bez nadzwyczajnego wysiłku zespołu, który obejmował wirusologów, immunologów, biologów molekularnych, farmakologów i ekspertów farmaceutycznych.
Opracowanie: Iza Kołodziejczyk
Źródło:
Prasanta K. Dash, Rafal Kaminski, Ramona Bella, Hang Su, Saumi Mathews, Taha M. Ahooyi, Chen Chen, Pietro Mancuso, Rahsan Sariyer, Pasquale Ferrante, Martina Donadoni, Jake A. Robinson, Brady Sillman, Zhiyi Lin, James R. Hilaire, Mary Banoub, Monalisha Elango, Nagsen Gautam, R. Lee Mosley, Larisa Y. Poluektova, JoEllyn McMillan, Aditya N. Bade, Santhi Gorantla, Ilker K. Sariyer, Tricia H. Burdo, Won-Bin Young, Shohreh Amini, Jennifer Gordon, Jeffrey M. Jacobson, Benson Edagwa, Kamel Khalili, Howard E. Gendelman. Sequential LASER ART and CRISPR Treatments Eliminate HIV-1 in a Subset of Infected Humanized Mice. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10366-y
Photos Selected by freepik