Viermii intestinali modificați genetic livrează cu succes medicamente gazdelor animale
Viermii cu cârlig, paraziți intestinali care infectează sute de milioane de oameni în regiuni tropicale defavorizate, au evoluat pentru a supraviețui în intestinul uman timp de ani, secreting molecule care facilitează coexistența cu gazdele lor.
Cercetătorii de la Washington University School of Medicine din St. Louis au folosit acest mecanism biologic pentru a dezvolta un vierme cu cârlig modificat genetic, capabil să producă și să livreze un medicament în cadrul unui organism viu.
Într-un nou studiu, echipa a anunțat prima modificare genetică de succes a viermilor cu cârlig umani. Aceștia au fost concepuți pentru a produce un anticorp care neutralizează tetrodotoxina, o neurotoxină mortală generată de peștii globule și alte animale marine. După ce au colonizat o gazdă animală cu viermii modificați, paraziții au produs antitoxina și au secretat-o în fluxul sanguin, inactivând parțial toxina.
Aceste descoperiri sugerează că această metodă de producție și livrare a medicamentelor ar putea reprezenta o soluție pe termen lung pentru diverse nevoi medicale, de la afecțiuni cronice care necesită tratamente continue până la expunerea la toxine în locații îndepărtate fără îngrijire medicală disponibilă.
Studiul a fost publicat pe 3 iunie în Nature Communications.
Viermele cu cârlig a evoluat timp de milioane de ani pentru a-și asigura supraviețuirea pe termen lung în gazdele umane și pentru a secreta molecule din corpul său în organismul gazdei. Am întrebat: „Ce-ar fi dacă am putea adăuga o moleculă suplimentară la cele aproximativ 1.000 de substanțe pe care viermele le secretă deja, ceva terapeutic util pentru oameni? Acest studiu arată că nu este doar un concept. Funcționează.”
Makedonka Mitreva, autor principal, profesor la Gordon R. Miller în Departamentul de Medicină al Diviziei de Boli Infecțioase, WashU Medicine.
Viermii cu cârlig au fost deja studiați ca tratamente pentru boli inflamatorii intestinale precum colita ulcerativă, bazându-se pe dovezile că moleculele antiinflamatorii pe care le secretă pot diminua răspunsurile imune care conduc aceste afecțiuni. Echipa lui Mitreva a avut ca scop extinderea acestei fundații prin ingineria viermelui pentru a secreta un terapeutic ales de cercetători, în loc să se bazeze doar pe ceea ce parazitul produce în mod natural.
Atractivitatea viermilor cu cârlig ca platformă de producție și livrare a medicamentelor pe termen lung provine dintr-o particularitate a biologiei lor. Atunci când o persoană este infectată cu un număr controlat de larve de vierme cu cârlig, care pot fi administrate oral sub formă de pastilă sau prin piele ca o loțiune, viermii migrează în intestinul subțire și se stabilează acolo, de obicei timp de ani. Deoarece nu se pot înmulți în interiorul gazdei, numărul de viermi rămâne fixat, iar infecția rămâne controlată. Dacă infecția trebuie eliminată, o singură doză de medicament antiparazitar oral elimină viermii în decurs de 24 de ore.
Deși infecția naturală cu viermi cu cârlig poate provoca doar simptome digestive ușoare la adulții sănătoși, infecția cronică cu un număr mare de viermi poate fi periculoasă pentru copii, femei gravide și persoane malnutrite sau vulnerabile, conducând la anemie, dezvoltare deficitară, complicații în sarcină și, în cazuri extreme, probleme cardiace sau moarte. Acest lucru subliniază importanța menținerii infecției strict controlate pentru utilizarea terapeutică, a subliniat Mitreva, ceea ce este posibil datorită incapacității viermilor de a se reproduce fără a petrece o parte din ciclul lor de viață în sol.
Anticorpul selectat pentru acest studiu de dovadă a conceptului neutralizează tetrodotoxina, o toxină paralizantă și potențial letală fără antidot. Proiectul a fost finanțat de Agenția de Proiecte Avansate de Cercetare pentru Apărare a guvernului SUA, cu scopul de a găsi soluții pentru amenințările biologice și chimice la adresa soldaților în locații îndepărtate.
Proiectul a prezentat obstacole tehnice semnificative: instrumentele de editare genetică care funcționează în alte organisme nu fuseseră adaptate pentru viermii cu cârlig, iar nimeni nu reușise anterior să realizeze o modificare genetică stabilă în această specie.
Pentru a adapta viermii cu cârlig la utilizarea terapeutică, Mitreva și echipa sa s-au bazat pe peste două decenii de cercetare în genómica viermilor cu cârlig realizată la WashU Medicine. Această adâncire a datelor le-a permis să înțeleagă biologia organismului de la nivel celular până la nivel genetic, permițându-le să localizeze un loc viabil în genom pentru a introduce noua genă care conține instrucțiuni pentru fabricarea noului antitoxin. Este esențial ca inserția să nu perturbe activitatea genelor din jur și să determine viermele să secrete antitoxina în gazdă.
Încercarea a avut succes: sângele colectat de la hamstere infectate cu viermi cu cârlig modificați genetic de către Mitreva a neutralizat parțial tetrodotoxina, în timp ce sângele provenit de la animale infectate cu viermi nemodificați nu a avut nicio capacitate de neutralizare.
Mitreva a subliniat că nivelul de neutralizare obținut în acest studiu inițial, deși semnificativ, reprezintă probabil doar o fracțiune din ceea ce platforma poate livra în cele din urmă.
Mai multe componente ale ceea ce ea numește un „șasiu configurabil” sunt încă optimizate pentru a crește cantitatea de proteină terapeutică produsă și secretată. Deoarece viermele locuiește în intestin și o parte substanțială din ceea ce secretă rămâne acolo, mai degrabă decât să intre în fluxul sanguin, cercetătorii se așteaptă ca concentrațiile de molecule terapeutice în intestin să fie semnificativ mai mari decât cele detectate în circulație în acest studiu, făcând platforma potrivită pentru terapii direcționate spre intestin.
„Ceea ce am demonstrat aici este că conceptul funcționează de la început până la sfârșit – poți insera o genă, viermele produce proteina, proteina iese din vierme și este activă funcțional în gazdă”, a declarat Mitreva. „De la acest punct de plecare, putem optimiza platforma și putem gândi cu atenție care boli pot beneficia cel mai mult de un sistem de livrare care este continuu, țintit și de lungă durată. Aceasta este o platformă fundamental diferită de biofabrică farmaceutică și credem că deschide posibilități foarte greu de realizat cu orice altă platformă.”
Boli inflamatorii intestinale, inclusiv boala Crohn și colita ulcerativă, precum și alergiile alimentare sunt printre condițiile pe care Mitreva le vede ca fiind candidați puternici pentru dezvoltare viitoare. Bolile care necesită concentrații terapeutice mici, dar susținute, unde respectarea repetatelor injecții sau infuzii este o barieră, ar putea fi de asemenea bine potrivite pentru platformă.
Studii viitoare vor trebui să efectueze evaluări riguroase de siguranță înainte de utilizarea umană. Mitreva a menționat că strategiile de bioconfin
