„Wir zeigen zum ersten Mal, dass eine einzige Inokulation unseres CRISPR-Geneditierungskonstrukts, das von einem Adeno-assoziierten Virus getragen wird, das SIV-Genom aus infizierten Zellen in Rhesusaffen herausschneiden kann“, sagte Kamel Khalili, PhD, Laura H. Carnell Professor und Vorsitzender der Abteilung für Neurowissenschaften, Direktor des Zentrums für Neurovirologie und Direktor des umfassenden NeuroAIDS-Zentrums an der Lewis Katz School of Medicine der Temple University (LKSOM).
Dr. Khalili war zusammen mit Tricia H. Burdo, PhD, Associate Professor und Associate Chair of Education in der Abteilung für Neurowissenschaften an der LKSOM, die Expertin für die Verwendung des SIV (Simian Immunodeficiency Virus)-infizierten und mit antiretroviraler Therapie (ART) behandelten Rhesusaffenmodells für Studien zur HIV-Pathogenese und -Heilung ist, und mit Andrew G. MacLean, PhD, außerordentlicher Professor am Tulane National Primate Research Center und der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie der Tulane University School of Medicine, und Binhua Ling, PhD, außerordentlicher Professor am Southwest National Primate Research Center, Texas Biomedical Research Institute. Dr. Ling war zuvor außerordentlicher Professor am Tulane National Primate Research Center und in der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie an der Tulane University School of Medicine. Pietro Mancuso, PhD, Assistenzwissenschaftler in Dr. Khalilis Labor in der Abteilung für Neurowissenschaften an der LKSOM, war Erstautor des Berichts, der am 27. November online in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.
Von besonderer Bedeutung ist, dass die neue Arbeit zeigt, dass das von Dr. Khalilis Team entwickelte Gen-Editing-Konstrukt infizierte Zellen und Gewebe erreichen kann, die als virale Reservoirs für SIV und HIV bekannt sind. Diese Reservoirs, d. h. Zellen und Gewebe, in denen sich die Viren in die Wirts-DNA integrieren und jahrelang verstecken, stellen ein großes Hindernis für die Heilung der Infektion dar. SIV oder HIV in diesen Reservoiren liegen außerhalb der Reichweite von ART, die die Virusreplikation unterdrückt und das Virus aus dem Blut entfernt. Sobald die ART abgesetzt wird, tauchen die Viren aus ihren Reservoiren auf und vermehren sich erneut.
Bei nichtmenschlichen Primaten verhält sich SIV sehr ähnlich wie HIV. „Das SIV-infizierte Rhesusaffenmodell, das im Labor von Dr. Burdo untersucht wurde, ist ein ideales Großtiermodell für die Rekapitulation der HIV-Infektion beim Menschen“, erklärte Dr. Khalili.
Für die neue Studie entwickelten die Forscher zunächst ein SIV-spezifisches CRISPR-Cas9-Gene-Editing-Konstrukt. Experimente in Zellkulturen bestätigten, dass das Editierwerkzeug die integrierte SIV-DNA an der richtigen Stelle von der DNA der Wirtszelle abtrennte, wobei das Risiko eines potenziell schädlichen Gen-Editierens an Off-Target-Stellen begrenzt war. Das Forschungsteam verpackte das Konstrukt dann in einen AAV9-Träger, der intravenös in SIV-infizierte Tiere injiziert werden konnte.
Dr. Burdo wählte in Zusammenarbeit mit Kollegen am Tulane National Primate Research Center nach dem Zufallsprinzip drei SIV-infizierte Makaken aus, die jeweils eine einzelne Infusion von AAV9-CRISPR-Cas9 erhielten, während ein anderes Tier als Kontrolle diente. Nach drei Wochen entnahmen die Forscher den Tieren Blut und Gewebe. Die Analysen zeigten, dass das Gen-Editing-Konstrukt bei den mit AAV9-CRISPR-Cas9 behandelten Makaken in einer Vielzahl von Geweben verteilt war, darunter im Knochenmark, in den Lymphknoten und in der Milz, und dass es CD4+ T-Zellen erreicht hatte, die ein bedeutendes Virusreservoir darstellen.
Darüber hinaus wiesen die Temple-Forscher anhand von genetischen Analysen von Geweben behandelter Tiere nach, dass das SIV-Genom effektiv aus den infizierten Zellen entfernt wurde. „Die schrittweise Exzision von SIV-DNA erfolgte mit hoher Effizienz aus Geweben und Blutzellen“, erklärte Dr. Mancuso. Die Effizienz der Exzision variierte je nach Gewebe, erreichte aber besonders hohe Werte in den Lymphknoten.
Die neue Studie ist eine Fortsetzung der Bemühungen von Dr. Khalili und Kollegen, ein neuartiges Gen-Editierungssystem zu entwickeln, das die CRISPR-Cas9-Technologie – Gegenstand des Nobelpreises für Chemie 2020 – nutzt, um gezielt HIV-DNA aus Genomen zu entfernen, die das Virus beherbergen. Die Forscher haben bereits gezeigt, dass ihr System die HIV-DNA aus Zellen und Geweben in HIV-infizierten Kleintiermodellen, einschließlich HIV-1-humanisierten Mäusen, wirksam entfernen kann.
Ko-Korrespondenzautor Dr. MacLean ist von den Ergebnissen ermutigt. „Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem hoffentlich baldigen Ende von HIV/AIDS“, sagt MacLean. „Der nächste Schritt besteht darin, diese Behandlung über einen längeren Zeitraum zu evaluieren, um festzustellen, ob wir eine vollständige Eliminierung des Virus erreichen und die Probanden möglicherweise sogar von ART befreien können.“
Dr. MacLean hofft, dass sich diese Behandlungsstrategie auf die menschliche Bevölkerung übertragen lässt. Das Biotech-Unternehmen Excision BioTherapeutics, dessen wissenschaftlicher Gründer Dr. Khalili ist und in dem Dr. Burdo an der präklinischen Forschung und Entwicklung mitwirkt und dem wissenschaftlichen Beirat angehört, wird die Finanzierung und die Infrastruktur für größere Studien und künftige klinische Versuche nach der Zulassung durch die Food and Drug Administration unterstützen.
„Wir hoffen, unsere Arbeit bald auch in klinischen Studien am Menschen einsetzen zu können“, fügte Dr. Khalili hinzu. „Menschen auf der ganzen Welt leiden seit 40 Jahren an HIV, und wir sind jetzt sehr nahe an der klinischen Forschung, die zu einer Heilung der HIV-Infektion führen könnte.“