“We tonen voor het eerst aan dat een enkele inoculatie van ons CRISPR-gen-editing construct, gedragen door een adeno-geassocieerd virus, het SIV-genoom kan wegsnijden uit geïnfecteerde cellen in resusmakaak-apen,” zei Kamel Khalili, PhD, Laura H. Carnell hoogleraar en voorzitter van de afdeling Neurowetenschappen, directeur van het Centrum voor Neurovirologie, en directeur van het Comprehensive NeuroAIDS Center aan de Lewis Katz School of Medicine van de Temple University (LKSOM).
Dr. Khalili was een senior mede-onderzoeker bij de nieuwe studie, samen met Tricia H. Burdo, PhD, universitair hoofddocent en vice-voorzitter van de afdeling Neurowetenschappen van de LKSOM, die een expert is op het gebied van het gebruik van het SIV (simian immunodeficiency virus)-geïnfecteerde rhesus makaakmodel met antiretrovirale therapie (ART)-behandeling voor HIV-pathogenese en genezingsstudies; en met Andrew G. MacLean, PhD, universitair hoofddocent aan het Tulane National Primate Research Center en het Department of Microbiology and Immunology aan de Tulane University School of Medicine, en Binhua Ling, PhD, universitair hoofddocent aan het Southwest National Primate Research Center, Texas Biomedical Research Institute. Dr. Ling was voorheen universitair hoofddocent aan het Tulane National Primate Research Center en het Department of Microbiology and Immunology aan de Tulane University School of Medicine. Pietro Mancuso, PhD, een assistent-wetenschapper in Dr. Khalili’s laboratorium in de afdeling Neurowetenschappen van LKSOM, was eerste auteur van het rapport, dat op 27 november online werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Van bijzonder belang, toont het nieuwe werk aan dat het gen-editing construct ontwikkeld door Dr. Khalili’s team besmette cellen en weefsels kan bereiken die bekend staan als virale reservoirs voor SIV en HIV. Deze reservoirs, cellen en weefsels waar de virussen in het DNA van de gastheer integreren en zich jarenlang verbergen, vormen een belangrijke barrière voor de genezing van infecties. SIV of HIV in deze reservoirs ligt buiten het bereik van ART, die de virale replicatie onderdrukt en het virus uit het bloed verwijdert. Zodra ART wordt gestopt, komen de virussen uit hun reservoirs tevoorschijn en herhalen zich.
In niet-menselijke primaten gedraagt SIV zich heel erg als HIV. “Het SIV-geïnfecteerde resusmakaakmodel dat in Dr. Burdo’s lab is bestudeerd, is een ideaal groot diermodel om HIV-infectie bij mensen te recapituleren,” legde Dr. Khalili uit.
Voor de nieuwe studie begonnen de onderzoekers met het ontwerpen van een SIV-specifieke CRISPR-Cas9 gen-editing construct. Experimenten in celcultuur bevestigden dat de editing tool geïntegreerd SIV DNA op de juiste plaats van het DNA van de gastheercel splitste, met een beperkt risico van potentieel schadelijke genbewerking op plaatsen buiten het doelwit. Het onderzoeksteam verpakte vervolgens het construct in een adeno-geassocieerd virus 9 (AAV9) drager, die intraveneus kon worden geïnjecteerd in SIV-geïnfecteerde dieren.
Dr. Burdo, in samenwerking met collega’s van het Tulane National Primate Research Center, selecteerde willekeurig drie SIV-geïnfecteerde makaken om elk een enkel infuus van AAV9-CRISPR-Cas9 te ontvangen, met een ander dier dat diende als controle. Na drie weken namen de onderzoekers bloed en weefsels van de dieren af. Analyses toonden aan dat in AAV9-CRISPR-Cas9 behandelde makaken, het gen-editing construct was gedistribueerd naar een breed scala van weefsels, waaronder het beenmerg, lymfeklieren, en milt, en CD4 + T-cellen had bereikt, die een belangrijk viraal reservoir zijn.
Bovendien toonden de Temple-onderzoekers aan dat het SIV-genoom effectief werd geklaard van geïnfecteerde cellen, op basis van genetische analyses van weefsels van behandelde dieren. “De stapsgewijze excisie van SIV-DNA gebeurde met hoge efficiëntie uit weefsels en bloedcellen,” legde Dr. Mancuso uit. De efficiëntie van de excisie varieerde per weefsel, maar bereikte opmerkelijk hoge niveaus in de lymfeklieren.
De nieuwe studie is een voortzetting van de inspanningen van Dr. Khalili en collega’s om een nieuw gen-editing systeem te ontwikkelen met behulp van CRISPR-Cas9-technologie – het onderwerp van de Nobelprijs voor Scheikunde van 2020 – om specifiek HIV DNA te verwijderen uit genomen die het virus bevatten. De onderzoekers hebben eerder aangetoond dat hun systeem effectief HIV-DNA kan elimineren uit cellen en weefsels in HIV-geïnfecteerde kleine diermodellen, waaronder HIV-1 gehumaniseerde muizen.
Mede-corresponderende auteur Dr. MacLean is bemoedigd door de bevindingen. “Dit is een belangrijke ontwikkeling in wat hopelijk het einde van HIV/AIDS zal zijn,” zegt MacLean. “De volgende stap is om deze behandeling over een langere periode te evalueren om te bepalen of we volledige eliminatie van het virus kunnen bereiken, mogelijk zelfs proefpersonen van ART afhalen.”
Dr. MacLean is hoopvol dat deze behandelingsstrategie zich zal vertalen naar de menselijke populatie. Het biotechbedrijf Excision BioTherapeutics, waarvan Dr. Khalili wetenschappelijk oprichter is en waar Dr. Burdo bijdraagt aan preklinisch onderzoek en ontwikkeling en in de wetenschappelijke adviesraad zit, zal helpen met de financiering en infrastructuur voor studies op grotere schaal en toekomstige klinische proeven na goedkeuring door de Food and Drug Administration.
“We hopen ons werk binnenkort ook te kunnen overzetten naar klinische studies bij mensen,” voegde Dr. Khalili eraan toe. “Mensen wereldwijd lijden al 40 jaar aan HIV, en we zijn nu heel dicht bij klinisch onderzoek dat zou kunnen leiden tot een remedie voor HIV-infectie.”