Parassiti geneticamente modificati producono e forniscono terapie

Parassiti intestinali bioingegnerizzati potrebbero fungere da fabbriche farmaceutiche a lungo termine per gli ospiti.

 

 

 

Gli anchilostomi, parassiti intestinali che infettano centinaia di milioni di persone in regioni tropicali poco ridotate in tutto il mondo, si sono evoluti per sopravvivere all’interno dell’intestino umano per anni, secreto molecole che permettono la convivenza con i loro ospiti.

Ora, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno sfruttato questo meccanismo biologico per un potenziale beneficio umano, ingegnerizzando un anchilostomo per produrre e somministrare un farmaco all’interno di un ospite vivente.

In un nuovo studio, il team riporta la prima modifica genetica riuscita dell’ankylostomia umana.

È stato progettato per produrre un anticorpo che neutralizza la tetrodotossina, una neurotossina letale prodotta da pesci palla e altri animali marini.

Dopo aver colonizzato un ospite animale con gli anchilostomi modificati, i parassiti producevano l’antitossina e la secretavano nel flusso sanguigno, inattivando parzialmente la tossina.

I risultati dimostrano che questo approccio di produzione e somministrazione di farmaci potrebbe rappresentare una soluzione a lungo termine per numerose esigenze mediche, dalle condizioni croniche che richiedono un trattamento farmacologico continuo all’esposizione a tossine in luoghi remoti senza cure mediche disponibili.

I risultati sono stati pubblicati il 3 giugno su Nature Communications.

“L’anchilostomo ha passato milioni di anni a perfezionare come garantire la sopravvivenza a lungo termine all’interno di un ospite umano e come far uscire molecole dal suo corpo e portarle nel nostro”, ha dichiarato l’autrice senior Makedonka Mitreva,, Professoressa Gordon R. Miller presso la Divisione di Malattie Infettive del Dipartimento di Medicina John T. Milliken presso WashU Medicine.

“Ci siamo chiesti: E se potessimo aggiungere un’altra molecola alle circa 1.000 cose che il verme già secerne, qualcosa di terapeuticamente utile per le persone? Questo studio dimostra che non è solo un concetto. Funziona.”

Gli ankylostomi sono già stati studiati come trattamenti per malattie infiammatorie intestinali come la colite ulcerosa, basandosi su evidenze che le molecole antinfiammatorie che i vermi secernono possono attenuare le risposte immunitarie che alimentano tali condizioni.

Il team di Mitreva si è proposto di costruire su questa base ingegnerizzando il verme affinché secernesse una terapia scelta dai ricercatori, invece di affidarsi solo a ciò che il parassita produce naturalmente.

Il fascino degli ankylostomi come piattaforma di produzione e somministrazione di farmaci a lungo termine deriva da una particolarità della loro biologia.

Quando una persona è infettata da un numero controllato di larve dell’anchilostomo, che possono essere somministrate per via orale come una pillola o attraverso la pelle come una lozione, i vermi migrano nell’intestino tenue e si stabiliscono, spesso per anni.

Poiché non possono moltiplicarsi all’interno dell’ospite, il numero di vermi rimane fisso e l’infezione rimane sotto controllo. Se l’infezione dovesse mai essere eliminata, una singola dose di un farmaco antiparassitario orale elimina gli ankylostomi entro 24 ore.

Sebbene l’infezione naturale da ankylostomia possa causare solo lievi sintomi digestivi negli adulti sani, l’infezione cronica con un gran numero di ankylostomi può essere pericolosa per bambini, persone in gravidanza e individui malnutriti o comunque vulnerabili, portando ad anemia, scarsa crescita e sviluppo, complicazioni della gravidanza e, nei casi estremi non trattati, problemi cardiaci o morte.

Questo sottolinea l’importanza di mantenere l’infezione strettamente controllata per uso terapeutico, ha osservato Mitreva, cosa possibile a causa dell’incapacità dei vermi di riprodursi senza trascorrere parte del loro ciclo vitale nel suolo.

L’anticorpo selezionato per questo studio proof-of-concept neutralizza la tetrodotossina, una tossina paralizzante e potenzialmente letale senza antidoto.

Il lavoro è stato finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency del governo degli Stati Uniti, con l’obiettivo di trovare soluzioni alle minacce biologiche e chimiche ai soldati in luoghi remoti.

Il progetto presentò ostacoli tecnici significativi: gli strumenti di editing genetico che funzionano in altri organismi non erano stati adattati per gli anchilostomi e nessuno aveva precedentemente raggiunto una modifica genetica stabile nella specie.

Per adattare gli ankylostomi a scopi terapeutici, Mitreva e il suo team si sono basati su oltre vent’anni di ricerche sulla genomica degli ankylostomi condotte presso WashU Medicine.

Questa profondità di dati li ha aiutati a comprendere la biologia dell’organismo dal livello cellulare a quello genetico, permettendo loro di localizzare un sito vitale nel genoma per inserire il nuovo gene che portava le istruzioni per la produzione della nuova antitossina.

Fondamentalmente, dovevano assicurarsi che l’inserimento non disturbasse l’attività genica circostante e spingesse il verme a secernere l’antitossina nell’ospite.

Lo sforzo ebbe successo: il sangue raccolto da criceti infettati con gli anchilostomi geneticamente modificati del laboratorio Mitreva neutralizzava parzialmente la tetrodotossina, mentre il sangue di animali infettati da vermi non modificati non aveva capacità neutralizzante.

Mitreva ha osservato che il livello di neutralizzazione raggiunto in questo studio iniziale, sebbene significativo, probabilmente rappresenta solo una frazione di ciò che la piattaforma può offrire alla fine.

Diversi componenti di quello che lei chiama un “telaio configurabile” sono ancora in fase di ottimizzazione per aumentare la quantità di proteine terapeutiche prodotte e secrete.

Poiché il verme risiede nell’intestino e una parte sostanziale di ciò che secerne vi rimane, invece di entrare nel flusso sanguigno, i ricercatori prevedono che le concentrazioni di molecole terapeutiche nell’intestino possano essere sostanzialmente più alte di quanto rilevato nella circolazione in questo studio, rendendo la piattaforma adatta alle terapie guidate dall’intestino.

“Quello che abbiamo dimostrato qui è che il concetto funziona end-to-end — puoi inserire un gene, il verme produce la proteina, la proteina esce dal verme ed è funzionalmente attiva nell’ospite,” ha detto Mitreva.

“Da questo punto di partenza, possiamo ottimizzare la piattaforma e riflettere attentamente su quali malattie traggono maggior beneficio da un sistema di somministrazione continuo, mirato e duraturo. Si tratta di una piattaforma fondamentalmente diversa per la biofabbrica farmaceutica, e pensiamo che apra possibilità molto difficili da raggiungere con qualsiasi altra piattaforma.”

Le malattie infiammatorie intestinali, tra cui il morbo di Crohn e la colite ulcerosa, e le allergie alimentari sono tra le condizioni che Mitreva considera forti candidate per lo sviluppo futuro.

Le malattie che richiedono concentrazioni terapeutiche piccole ma sostenute, dove la conformità a iniezioni o infusioni ripetute rappresenta una barriera, possono essere anch’esse ben adatte alla piattaforma.

Studi futuri dovranno condurre rigorose valutazioni di sicurezza prima dell’uso umano. Mitreva ha osservato che strategie di biocontenimento, come l’ingegnerizzazione dei vermi affinché non possano produrre uova, sono in considerazione per proteggere gli ospiti e i loro ambienti man mano che la piattaforma avanza.

 

 

Immagine: Makedonka Mitreva