Новая технология позволит разрабатывать и тестировать лекарства против малярии
Основное препятствие для искоренения малярии — это покоящаяся форма паразита, которая скрывается в печени некоторых пациентов. Эта форма устойчива к большинству противомалярийных препаратов и может реактивироваться через месяцы или годы, вызывая рецидив болезни.
Исследователи мало знают о биологии этих покоящихся паразитов, что затрудняет разработку лекарств против них. Учёные из MIT показали, что могут выращивать покоящуюся форму паразита в инженерной ткани человеческой печени в течение нескольких недель. Это позволяет детально изучать, как паразит входит в состояние покоя, его уязвимости и механизмы пробуждения.
После подтверждения успешного культивирования покоящейся формы паразита исследователи также смогли секвенировать его РНК и протестировать реакцию на известные и новые противомалярийные препараты.
«После 10 лет упорной работы мы смогли вырастить организм, показать его функциональные характеристики, провести скрининг лекарств и получить первый транскриптом этой неуловимой формы. Я верю, что это откроет двери как к фундаментальной биологии состояния покоя, так и к возможности создания более эффективных лекарств», — говорит Санджита Бхатия, старший автор исследования.
Первым автором статьи в журнале Cell Host and Microbe является аспирант MIT Нил Гурал.
Персистирующие инфекции
Большинство случаев малярии у людей вызывают два вида паразитов: Plasmodium falciparum и Plasmodium vivax. Plasmodium vivax, хотя и менее смертоносен, образует покоящиеся формы, известные как гипнозоиты, что может приводить к повторным инфекциям.
В 1991 году на острове Анейтьюм были предприняты меры по искоренению малярии. Plasmodium falciparum был ликвидирован за год, в то время как для искоренения Plasmodium vivax потребовалось пять лет.
«Эта покоящаяся форма считается критическим барьером для искоренения. Гипнозоиты могут сохраняться в печени, реактивироваться и снова заражать кровь пациента, поддерживая цикл передачи», — отмечает Бхатия.
Единственный существующий препарат, способный уничтожить гипнозоиты, — примахин. Однако его нельзя использовать в широкомасштабных кампаниях из-за риска разрушения клеток крови у людей с определённым дефицитом ферментов.
Моделирование инфекции в печени
Лаборатория Бхатии работает со специальными микропаттернированными поверхностями, на которых выращиваются клетки человеческой печени в окружении поддерживающих клеток. Эта архитектура создаёт микроокружение, в котором клетки печени функционируют почти так же, как in vivo.
Используя эту технологию, исследователи сначала работали с Plasmodium falciparum, а затем перешли к Plasmodium vivax. Для экспериментов с Plasmodium vivax Нил Гурал неоднократно выезжал в лабораторию в Таиланд, чтобы получить образцы от инфицированных пациентов.
Новая технология позволила вырастить мелкие формы паразита, обладающие всеми известными характеристиками гипнозоитов: персистенцией, чувствительностью к примахину и способностью «просыпаться» через несколько недель.
Поиск новых мишеней для лекарств
Исследователи протестировали шесть перспективных противомалярийных препаратов на своих образцах Plasmodium vivax. Ни один из них не смог уничтожить established гипнозоиты, что соответствовало данным клинических испытаний. Теперь они планируют протестировать более крупную библиотеку соединений совместно с некоммерческой организацией Medicines for Malaria Venture.
Совместно с учёными из Broad Institute команда MIT провела первое секвенирование транскриптома гипнозоита. Оказалось, что покоящиеся формы не являются транскрипционно «молчащими», как предполагалось, а экспрессируют уникальный набор генов, отличный от активных форм паразита.
В будущих исследованиях планируется:
- Использовать single cell RNA-sequencing для выявления генетических сигнатур и сигнальных путей, контролирующих dormancy и реактивацию гипнозоитов.
- Изучить соответствующие изменения в экспрессии генов инфицированных клеток печени.
- Выявить биомаркеры для диагностики пациентов со скрытой dormant инфекцией.
Этот подход может привести к открытию новых лекарств, специфично нацеленных на покоящиеся формы паразита, и приблизить цель полной ликвидации малярии.