”Näytämme ensimmäistä kertaa, että CRISPR-geeninmuokkauskonstruktiomme, jota kantaa adeno-assosioitunut virus, voi yhdellä inokulaatiolla poistaa SIV-viruksen genomin infektoituneista soluista rhesusmakakki-apinoissa”, sanoo Kamel Khalili, PhD, Laura H. Carnellin professori ja neurotieteen laitoksen puheenjohtaja, neurovirologian keskuksen johtaja ja Templen yliopiston Lewis Katz School of Medicine -yliopiston (LKSOM) kattavan NeuroAIDS-keskuksen johtaja.
Tohtori Khalili oli uuden tutkimuksen vanhempi tutkijatohtori yhdessä Tricia H:n kanssa. Burdo, PhD, LKSOM:n neurotieteen laitoksen apulaisprofessori ja apulaisopettaja, joka on asiantuntija SIV (simian immunodeficiency virus) -tartunnan saaneen antiretroviraalisen hoidon (ART) saaneen rhesusmakakkimallin hyödyntämisessä HIV:n patogeneesi- ja parannustutkimuksissa, ja Andrew G. MacLean, PhD, apulaisprofessori Tulanen kansallisessa kädellisten tutkimuskeskuksessa ja Tulanen yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan mikrobiologian ja immunologian laitoksella, ja Binhua Ling, PhD, apulaisprofessori Lounais-Euroopan kansallisessa kädellisten tutkimuskeskuksessa, Texasin biolääketieteellisessä tutkimuslaitoksessa. Ling toimi aiemmin apulaisprofessorina Tulanen kansallisessa kädellisten tutkimuskeskuksessa ja Tulanen yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan mikrobiologian ja immunologian laitoksella. Tohtori Pietro Mancuso, PhD, apulaistutkija tohtori Khalilin laboratoriossa LKSOM:n neurotieteen laitoksella, oli ensimmäisenä kirjoittajana raportissa, joka julkaistiin verkossa 27. marraskuuta Nature Communications -lehdessä.
Erityisen tärkeää on, että uusi työ osoittaa, että tohtori Khalilin työryhmän kehittämä geeninmuokkauskonstruktio pääsee infektoituneisiin soluihin ja kudoksiin, joiden tiedetään toimivan SIV:n ja HIV:n virusväestön varastoina. Nämä varastot ovat soluja ja kudoksia, joissa virukset integroituvat isännän DNA:han ja piiloutuvat vuosiksi, ja ne ovat merkittävä este tartunnan parantamiselle. Näissä varastoissa oleva SIV tai HIV on ART-hoidon ulottumattomissa, sillä se estää viruksen lisääntymistä ja poistaa viruksen verestä. Heti kun ART lopetetaan, virukset nousevat esiin varastoistaan ja uusivat replikaationsa.
Muilla kuin kädellisillä SIV käyttäytyy hyvin paljon HIV:n tavoin. ”Tohtori Burdon laboratoriossa tutkittu SIV-tartunnan saanut rhesusmakakkimalli on ihanteellinen suureläinmalli HIV-infektion toistamiseen ihmisessä”, selitti tohtori Khalili.
Uutta tutkimusta varten tutkijat aloittivat suunnittelemalla SIV-spesifisen CRISPR-Cas9-geeninmuokkauskonstruktion. Kokeet soluviljelmissä vahvistivat, että muokkaustyökalu pilkkoi isäntäsolun DNA:sta integroitunutta SIV-dna:ta oikeaan paikkaan, jolloin riski mahdollisesti haitallisesta geenimuokkauksesta kohteen ulkopuolisissa kohdissa oli vähäinen. Sen jälkeen tutkimusryhmä paketoi rakenteen adeno-assosioituneen virus 9:n (AAV9) kantajaan, joka voitiin ruiskuttaa suonensisäisesti SIV-tartunnan saaneisiin eläimiin.
Tohtori Burdo valitsi yhteistyössä Tulanen kansallisen kädellisten tutkimuskeskuksen kollegojensa kanssa satunnaisesti kolme SIV-tartunnan saanutta makakkia, jotka saivat kukin yksittäisen infuusion AAV9-CRISPR-Cas9:ää, kun taas toinen koe-eläin toimi kontrollina. Kolmen viikon kuluttua tutkijat keräsivät eläimiltä verta ja kudoksia. Analyysit osoittivat, että AAV9-CRISPR-Cas9-käsitellyissä makakeissa geeninmuokkauskonstruktio oli levinnyt useisiin kudoksiin, kuten luuytimeen, imusolmukkeisiin ja pernaan, ja se oli saavuttanut CD4+ T-solut, jotka ovat merkittävä virusreservoari.
Temppelin tutkijat osoittivat lisäksi käsitellyistä eläimistä saatujen kudosten geneettisten analyysien perusteella, että SIV:n perimä oli saatu tehokkaasti pilkottua tartunnan saaneista soluista. ”SIV:n DNA:n vaiheittainen poistaminen tapahtui erittäin tehokkaasti kudoksista ja verisoluista”, tohtori Mancuso selitti. Poistamisen tehokkuus vaihteli kudoksittain, mutta se saavutti huomattavan korkean tason imusolmukkeissa.
Uusi tutkimus on jatkoa tohtori Khalilin ja kollegoiden pyrkimyksille kehittää CRISPR-Cas9-tekniikkaa käyttävä uudenlainen geeninmuokkausjärjestelmä, joka käyttää CRISPR-Cas9-tekniikkaa – vuoden 2020 kemian Nobel-palkinnon aiheena – HIV:n DNA:n spesifiseen poistamiseen virusta sisältävästä genomista. Tutkijat ovat aiemmin osoittaneet, että heidän järjestelmänsä pystyy tehokkaasti poistamaan HIV:n DNA:ta soluista ja kudoksista HIV-infektoituneissa pieneläinmalleissa, mukaan lukien HIV-1-humanisoidut hiiret.
Ko-kirjoittaja tohtori MacLean on rohkaistunut tuloksista. ”Tämä on tärkeä kehitysaskel siinä, mitä toivomme HIV:n/aidsin lopettamiseksi”, MacLean sanoo. ”Seuraavaksi tätä hoitoa on arvioitava pidemmän ajan kuluessa, jotta voidaan selvittää, voidaanko virus eliminoida kokonaan, jolloin koehenkilöt voidaan mahdollisesti jopa poistaa ART-hoidosta.”
Tohtori MacLean on toiveikas sen suhteen, että tämä hoitostrategia voidaan siirtää ihmisväestöön. Biotekniikkayhtiö Excision BioTherapeutics, jonka tieteellinen perustaja tohtori Khalili on ja jossa tohtori Burdo osallistuu prekliiniseen tutkimukseen ja kehitystyöhön ja toimii tieteellisessä neuvoa-antavassa lautakunnassa, auttaa rahoituksessa ja infrastruktuurissa laajempien tutkimusten ja tulevien kliinisten kokeiden toteuttamisessa sen jälkeen, kun elintarvike- ja lääkevirasto on hyväksynyt ne.
”Toivomme, että voimme pian siirtyä kliinisiin tutkimuksiin myös ihmisillä”, tohtori Khalili lisää. ”Ihmiset ympäri maailmaa ovat kärsineet HIV:stä 40 vuotta, ja olemme nyt hyvin lähellä kliinistä tutkimusta, joka voisi johtaa HIV-infektion parantamiseen.”