„Po raz pierwszy pokazujemy, że pojedyncze zaszczepienie naszego konstruktu CRISPR do edycji genów, przenoszonego przez wirusa adeno-associated, może edytować genom SIV z zainfekowanych komórek u małp z gatunku makaków rhesus” – powiedział Kamel Khalili, PhD, Laura H. Carnell Professor i Chair of the Department of Neuroscience, Director of the Center for Neurovirology, and Director of the Comprehensive NeuroAIDS Center at the Lewis Katz School of Medicine at Temple University (LKSOM).
Dr Khalili był starszym współinwestorem w nowym badaniu, wraz z Tricia H. Burdo, PhD, Associate Professor i Associate Chair of Education in the Department of Neuroscience at LKSOM, która jest ekspertem w zakresie wykorzystania modelu SIV (simian immunodeficiency virus) -infected antiretroviral therapy (ART)-treated rhesus macaque model for HIV pathogenesis and cure studies; and with Andrew G. MacLean, PhD, profesor nadzwyczajny w Tulane National Primate Research Center oraz na Wydziale Mikrobiologii i Immunologii Tulane University School of Medicine, oraz Binhua Ling, PhD, profesor nadzwyczajny w Southwest National Primate Research Center, Texas Biomedical Research Institute. Dr Ling była wcześniej profesorem nadzwyczajnym w Tulane National Primate Research Center oraz na Wydziale Mikrobiologii i Immunologii w Tulane University School of Medicine. Pietro Mancuso, PhD, asystent naukowca w laboratorium dr Khalili w Departamencie Neuronauki w LKSOM, był pierwszym autorem raportu, który został opublikowany online 27 listopada w czasopiśmie Nature Communications.
O szczególnym znaczeniu, nowa praca pokazuje, że konstrukt do edycji genów opracowany przez zespół dr Khalili może dotrzeć do zainfekowanych komórek i tkanek znanych jako rezerwuary wirusowe dla SIV i HIV. Rezerwuary te, czyli komórki i tkanki, w których wirusy integrują się z DNA gospodarza i ukrywają się przez lata, stanowią główną przeszkodę w leczeniu infekcji. SIV lub HIV w tych rezerwuarach znajduje się poza zasięgiem ART, która hamuje replikację wirusa i usuwa go z krwi. Jak tylko ART zostanie zatrzymany, wirusy wyłaniają się ze swoich rezerwuarów i wznawiają replikację.
W naczelnych, SIV zachowuje się bardzo podobnie do HIV. „Model makaka rhesus zakażonego SIV badany w laboratorium dr Burdo jest idealnym dużym modelem zwierzęcym do odtworzenia infekcji HIV u ludzi”, wyjaśnił dr Khalili.
Dla nowego badania naukowcy rozpoczęli od zaprojektowania specyficznego dla SIV konstruktu CRISPR-Cas9 do edycji genów. Eksperymenty w hodowlach komórkowych potwierdziły, że narzędzie do edycji rozszczepia zintegrowane DNA SIV w odpowiednim miejscu DNA komórki gospodarza, z ograniczonym ryzykiem potencjalnie szkodliwej edycji genów w miejscach poza celem. Następnie zespół badawczy zapakował konstrukt do nośnika adeno-associated virus 9 (AAV9), który mógł być wstrzykiwany dożylnie zwierzętom zakażonym SIV.
Dr Burdo, we współpracy z kolegami z Tulane National Primate Research Center, losowo wybrał trzy makaki zakażone SIV, z których każdy otrzymał pojedynczą infuzję AAV9-CRISPR-Cas9, a inne zwierzę służyło jako kontrola. Po trzech tygodniach badacze pobrali od zwierząt krew i tkanki. Analizy wykazały, że u makaków, którym podawano AAV9-CRISPR-Cas9, konstrukt kodujący gen został rozprowadzony do szerokiej gamy tkanek, w tym szpiku kostnego, węzłów chłonnych i śledziony, oraz dotarł do komórek T CD4+, które są znaczącym rezerwuarem wirusa.
Co więcej, badacze z Temple wykazali, że genom SIV został skutecznie usunięty z zainfekowanych komórek, na podstawie analiz genetycznych tkanek leczonych zwierząt. „Wycinanie krok po kroku DNA SIV zachodziło z wysoką wydajnością z tkanek i komórek krwi”, wyjaśnił dr Mancuso. Efektywność wycinania różniła się w zależności od tkanki, ale osiągnęła szczególnie wysoki poziom w węzłach chłonnych.
Nowe badanie jest kontynuacją wysiłków dr Khalili i kolegów w celu opracowania nowego systemu edycji genów przy użyciu technologii CRISPR-Cas9 — przedmiotu nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku — w celu specyficznego usuwania DNA HIV z genomów zawierających wirusa. Naukowcy wykazali wcześniej, że ich system może skutecznie eliminować DNA HIV z komórek i tkanek w zakażonych HIV małych modelach zwierzęcych, w tym humanizowanych myszach HIV-1.
Współautor korespondencyjny Dr MacLean jest zachęcony odkryciami. „Jest to ważny rozwój w tym, co mamy nadzieję, że będzie koniec HIV/AIDS”, mówi MacLean. „Następnym krokiem jest ocena tego leczenia przez dłuższy okres czasu, aby ustalić, czy możemy osiągnąć całkowitą eliminację wirusa, być może nawet odstawić ART.”
Dr MacLean ma nadzieję, że ta strategia leczenia przełoży się na populację ludzką. Firma biotechnologiczna Excision BioTherapeutics, której założycielem naukowym jest dr Khalili i w której dr Burdo uczestniczy w badaniach przedklinicznych i rozwoju oraz zasiada w Naukowej Radzie Doradczej, będzie pomagać w finansowaniu i infrastrukturze dla badań na większą skalę i przyszłych prób klinicznych po zatwierdzeniu przez Food and Drug Administration.
„Mamy nadzieję, że wkrótce przeniesiemy naszą pracę do badań klinicznych również na ludziach” – dodał dr Khalili. „Ludzie na całym świecie cierpią z powodu HIV od 40 lat, a my jesteśmy teraz bardzo blisko badań klinicznych, które mogą doprowadzić do wyleczenia infekcji HIV.”
.