Исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета разработали новую генную терапию, чтобы предотвратить потенциальную пандемию гриппа. В частности, исследователи программы генной терапии отделения патологии и лабораторной медицины под руководством Джеймса М. Wilson, MD, PhD, продемонстрировал, что однократная доза аденоассоциированного вируса (AAV), экспрессирующего широко нейтрализующие антитела против гриппа, в носовые ходы мышей и хорьков дает им полную защиту и значительное снижение репликации гриппа при воздействии летальных штаммов вируса. Вирус гриппа H5N1 и H1N1. Эти штаммы были выделены из образцов, связанных с историческими человеческими пандемиями: один – от печально известной пандемии гриппа 1918 года, а другой – от 2009 года.
Уилсон, Анна Третьякова, PhD, старший научный сотрудник, Мария П. Лимберис, доктор философии, доцент-исследователь, все из Программы генной терапии Пенна, и его коллеги опубликовали свои выводы в Интернете на этой неделе в журнале Science Translational Medicine перед выходом в печать. Помимо ученых из Пенсильвании, в международные усилия вошли коллеги из Агентства общественного здравоохранения Канады, Виннипег; Университет Манитобы, Виннипег; и Питтсбургский университет. Третьякова также является директором по трансляционным исследованиям, а Лимберис – директором ядра моделей животных в рамках Программы генной терапии
"Эксперименты, описанные в нашей статье, обеспечивают критическое подтверждение концепции на животных о технологической платформе, которая может быть развернута в обстановке практически любой пандемии или биологической атаки, для которой существует нейтрализующее антитело или может быть легко выделено," говорит Уилсон. "Дальнейшая разработка этого подхода к пандемическому гриппу приобрела более неотложный характер в свете распространения инфекции в Китае смертельного птичьего штамма вируса H7N9 среди людей."
Наготове
По данным Центров по контролю за заболеваниями, инфекции гриппа являются седьмой по значимости причиной смерти в США и приводят к почти 500000 смертей во всем мире в год. Возникновение новой пандемии гриппа остается угрозой, которая может привести к гибели большого числа людей и разрушению мировой экономики.
Военные также заинтересованы в разработке готовой профилактической вакцины на случай, если солдаты будут подвергаться воздействию штаммов инфекционных агентов, используемых в качестве оружия, в биологической войне.
Человеческие антитела с широкой нейтрализующей активностью против различных штаммов гриппа существуют, но их прямое использование в качестве профилактического лечения нецелесообразно. Теперь ежегодные вакцины против гриппа делают путем выращивания вируса гриппа в яйцах. Белки вирусной оболочки на внешней стороне, а именно гемагглютинин, отщепляются и используются в качестве вакцины, но меняются из года в год, в зависимости от того, какие штаммы гриппа распространены. Однако высокая частота мутаций в белках приводит к появлению новых типов вирусов каждый год, которые ускользают от нейтрализации уже существующими в организме антителами (в частности, специфическими сайтами связывания рецепторов на вирусе, которые являются мишенями нейтрализующих антител).
Такой подход привел к ежегодной вакцинации против сезонных штаммов вирусов гриппа, которые, как ожидается, появятся в предстоящем сезоне. Штаммы, которые возникают за пределами человеческой популяции, например, у домашнего скота, отличаются от тех, которые обычно циркулируют у людей, и могут привести к смертельным пандемиям.
Эти штаммы также не поддаются эффективному контролю с помощью вакцин, разработанных для человеческих штаммов, как в случае пандемии H1N1 2009 г. Время разработки вакцины для этого штамма и в целом было недостаточно быстрым для поддержки вакцинации в ответ на возникающую пандемию.
Зная это, команда Пенна предложила новый подход, который не требует индукции иммунного ответа, который не обеспечивает достаточной широты, чтобы быть полезным против любого штамма гриппа, кроме того, для которого он был разработан, как и в случае с традиционными подходами.
Подход Пенна состоит в том, чтобы клонировать в вектор ген, кодирующий антитело, эффективное против многих штаммов гриппа, и сконструировать клетки, выстилающие носовые ходы, для экспрессии этого широко нейтрализующего антитела, эффективно устанавливая широкую эффективность против широкого диапазона штаммы гриппа.
Широкий подход
Рациональным направлением нацеливания на эпителиальные клетки носа для экспрессии антител было сосредоточить эту экспрессию на участке тела, где вирус обычно проникает в организм и реплицируется, а именно на слизистую оболочку носа и полости рта. Антитела обычно экспрессируются из В-лимфоцитов, поэтому одной из проблем было создание векторов, которые могли бы доставлять гены антител к нелимфоидным респираторным клеткам носовых и легочных ходов и могли бы экспрессировать функциональный белок антител.
Нацеливание на респираторные клетки было достигнуто за счет использования вектора на основе вируса приматов – AAV9, который был обнаружен в лаборатории Уилсона и ранее оценен компанией Limberis для возможного лечения пациентов с муковисцидозом. Команда создала генетическую полезную нагрузку для AAV9, которая экспрессирует антитело, которое, как показали другие исследователи, обладает широкой активностью против гриппа.
Эффективность лечения была протестирована на мышах, которые подверглись смертельному воздействию трех штаммов H5N1 и двух штаммов H1N1, все из которых были связаны с историческими пандемиями человека (включая печально известный H1N1 1918).
Вирус гриппа быстро реплицировался у нелеченных животных, всех которых нужно было усыпить. Однако предварительная обработка вектором AAV9 практически остановила репликацию вируса и обеспечила полную защиту от всех штаммов гриппа у обработанных животных. Эффективность этого подхода была также продемонстрирована на хорьках, которые представляют собой более достоверную модель инфекции пандемического гриппа человека.
"Новизна этого подхода заключается в том, что мы используем AAV и доставляем профилактическую вакцину в нос неинвазивным способом, а не уколом, как обычные вакцины, которые пассивно переносят антитела в общий кровоток," говорит Лимберис.
"Существует долгая история использования антител для лечения рака и аутоиммунных заболеваний, но только два из них были одобрены для лечения инфекционных заболеваний," отмечает Третьикова. "Этот новый метод позволил разработать профилактическую пассивную вакцину, которая является рентабельной, легко вводимой и быстро производимой."
Команда работает с различными заинтересованными сторонами, чтобы ускорить разработку этого продукта для борьбы с пандемическим гриппом и изучить потенциал переносчиков AAV в качестве универсальных средств доставки для противодействия биологическому и химическому оружию.