Terapia RNA CRISPR przeciwko wszystkim szczepom grypy A przetestowana w ludzkim modelu płuc
Wirus grypy A (IAV) był przyczyną sześciu głównych pandemii grypy, które spowodowały od 50 do 100 milionów zgonów na całym świecie. W samych Stanach Zjednoczonych, mimo corocznie aktualizowanych szczepionek, infekcje IAV prowadzą każdego roku do 140 000–710 000 hospitalizacji oraz 12 000–52 000 zgonów.
Opracowanie skutecznych leków przeciwwirusowych przeciwko IAV – lub bardziej trwałych form szczepień – pozostaje ogromnym wyzwaniem, ponieważ wirus ten niezwykle łatwo nabywa oporność, zmieniając swój materiał genetyczny. Jego zdolność do mutacji, rekombinacji czy wymiany fragmentów genomu z innymi szczepami infekującymi tę samą komórkę stanowi poważną barierę w tworzeniu trwałych terapii oraz stałe ryzyko powstania nowych szczepów pandemicznych.
Postęp w badaniach nad skuteczną bronią przeciwko zmiennemu genomowi IAV był dotąd ograniczony brakiem odpowiedniego modelu ludzkiego in vitro do testowania nowych terapii. Dodatkową trudność stanowi fakt, że modele zwierzęce nie odwzorowują dokładnie ludzkiej odpowiedzi immunologicznej, a mechanizmy dostarczania leków do ludzkiej tkanki płucnej znacząco różnią się od tych występujących u zwierząt. W ostatnich latach zaczęto badać potencjał technologii edycji genów CRISPR, jednak sekwencje docelowe są tak specyficzne dla człowieka, że nie można ich sensownie analizować w modelach zwierzęcych.
Zespół z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda pod kierownictwem prof. Donalda Ingbera, M.D., Ph.D., wykorzystał te ograniczenia jako punkt wyjścia do stworzenia nowatorskiego rozwiązania. Badacze połączyli model mikroprzepływowego „oddychającego” ludzkiego pęcherzyka płucnego typu Lung Chip (ang. human lung alveolus chip) z opracowanymi przez zespół prof. Natalie Artzi, Ph.D. platformami dostarczania leków oraz z zaawansowaną technologią CRISPR.
Zespół zaprojektował system CRISPR skierowany przeciwko silnie zachowanej sekwencji w genomie wirusa grypy A, a następnie umieścił go w nanocząstkach mających powinowactwo do komórek nabłonka płucnego. Tak przygotowane cząstki dostarczono do komórek nabłonkowych w kanale mikroprzepływowym modelu Lung Chip, które wcześniej zakażono pandemicznym szczepem IAV.
Efekt był imponujący – po pojedynczej dawce terapii liczba kopii wirusa w tkance spadła o ponad 50%, a wywołana infekcją odpowiedź zapalna gospodarza została istotnie osłabiona. Analizy transkryptomiczne wykazały minimalne efekty uboczne (off-target). Model Organ Chip, lepiej naśladujący ludzką infekcję IAV niż dotychczasowe modele przedkliniczne, pozwala zatem na ocenę skuteczności i bezpieczeństwa terapii RNA CRISPR w warunkach bardziej zbliżonych do klinicznych.
„Nasze wyniki pokazują, że model Human Lung Chip infekcji IAV stanowi niezwykle cenne narzędzie do testowania terapeutyków RNA CRISPR działających szeroko wobec różnych szczepów wirusa. Pozwala on nie tylko ocenić skuteczność takich terapii w sposób istotny dla człowieka, ale również określić ich potencjalne skutki uboczne – które, jak dotąd, okazują się minimalne” – powiedział prof. Ingber. – „Biorąc pod uwagę wysokie prawdopodobieństwo przyszłych pandemii oraz naturalne sezonowe zmienności IAV, tego typu pan-wirusowe terapie mogłyby pomóc nam wyprzedzić wirusa i potencjalnie uratować tysiące istnień ludzkich.”
Wśród współautorów badania znaleźli się Ryan Posey, Haiquing Bai, Amanda Jiang, Pere Dosta, Diana Ocampo-Alvarado, Robert Plebani, Jie Ji oraz Chaitra Belgur. Prace zostały sfinansowane przez Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) w ramach umowy HR0011-22-2-0017 oraz Wyss Institute przy Uniwersytecie Harvarda.
Źródło: Lab on a Chip, Preclinical assessment of pan-influenza A virus CRISPR RNA therapeutics in a human lung alveolus chip
DOI: https://doi.org/10.1039/D5LC00156K
