Laboratóriumi állatok: A szíriai hörcsög főszerepe a COVID-19 kutatásban
2005-ben a tudósok először fedezték fel hogy az arany szír hörcsög megfertőződhet egy koronavírussal, jelen esetben a súlyos akut légzőszervi szindrómával vagy SARS-szel, amely a 2000-es évek elején világméretű járványt váltott ki. 15 év elteltével a hörcsögök vezéregyéniségként jelentek meg, segítve megérteni a SARS-CoV-2 vírust – a SARS rokonát – a járvány korai hónapjaiban. Míg egyes tudósok kénytelenek voltak bezárni laboratóriumaikat a bezárások miatt, mások foglalkoztak a probléma megoldásával, így a tudomány és a közvélemény jobban megértette a vírust, és hogy az miként reagál az újonnan megjelenő kezelésekre. Ez a példátlan globális erőfeszítés példátlan mennyiségű kutatást tárt fel, így segítve rekordidő alatt új kezeléseket és gyógyszereket találni. Mindezek közepette ott volt a hörcsög.
Alig néhány hónappal a világjárvány kitörése után a Hongkongi Egyetem tudóscsoportja publikált egy tanulmányt a Klinikai fertőző betegségek-ben dokumentálva a szír aranyhörcsög hasznosságát, mint a SARS-CoV-2 vírus terjedése, patogenezise, kezelése és vakcinázása tanulmányozásának fontos eszközét. A kutatás, melyet Jasper Fuk-Woo Chan vezetett, megmutatta, mi történt nyolc SARS-CoV-2-vel fertőzött hörcsöggel. Az állatok lefogytak, letargikusak lettek, borzos szőrzet, görnyedt testtartás és gyors légzés alakult ki náluk. Magas SARS-Cov-2 szintet találtak a hörcsögök tüdejében és beleiben, a szöveteket pedig a fehérjereceptor, az angiotenzin-konvertáló enzim 2 (ACE2) borította, amely belépési pontot biztosít a vírus számára.
Egy másik, a modell érvényességét megalapozó, a világjárvány korai szakaszában, szintén a Hongkongi Egyetemen végzett vizsgálat ismét hasonló betegségmintákat mutatott szír hörcsögökben, mint az emberekben. Vírusantigéneket találtak az orrnyálkahártyában, a hörgőhámsejtekben és a tüdő konszolidációs területein 2-5 nappal a vírus beoltása után. A SARS-CoV-2 hatékonyan terjedt a hörcsögök között aeroszolok vagy közvetlen érintkezés útján, bár a szennyezett ketrecekben lévő fomitokon keresztül kevésbé. Az eredményeket a Természet c. magazinban publikálták.
Nem ez lenne az utolsó alkalom, amikor a szíriai hörcsögök segítettek megértetni velünk a halálos vírust, amely globális világjárványt robbantott ki. A szorgalmas szír hörcsög tanulmányról-tanulmányra felvilágosította a tudósokat az oltások és gyógyszerek hatékonyságáról, a vírusgenetikáról, a maszk hatékonyságáról, az öregedésről, a lábadozó plazmáról, a COVID-19 mellékhatásairól és arról az egyre fontosabb kérdésről, hogy miként működhetnek a semlegesítő antitestek a vírus ellen. Eddig legalább 50 publikált tanulmány jelent meg szíriai hörcsögökről, és bár számos más állatmodellt is bevetettek, a szír hörcsög az ELSŐ leghasznosabbnak bizonyult a COVID-19 minden aspektusának vizsgálatában. Íme egy pillantás néhány ilyen tanulmányról, és arról, hogy ezek miként szolgálják a COVID-19-kutatást.
A tökéletes kihívást keresve
Szükséges egy új gyógyszer vagy vakcinák emberen történő tesztelése anélkül, hogy előzetesen elegendő adatot gyűjtene össze arról, hogy a termék biztonságos és hatékony a preklinikai modellekben. Nehéz megtalálni a tökéletes fertőzési modellt ezeknek a vakcináknak és gyógyszereknek a teszteléséhez, különös tekintettel arra, hogy korlátozott ismereteink vannak a SARS-CoV-2-ről. Megállapítások a Amerikai Rocky Mountain Laboratóriumból Montanában, ugyanazon az oldalon, ahol az ebola elleni oltóanyag kifejlesztését segítették, megállapították, hogy a szír hörcsög nagyon fogékony a SARS-CoV-2-re, így ideális fertőzési modell a COVID-19 elleni védekezés fejlesztéséhez. Erre a következtetésre jutottak a hörcsög megfertőzéséhez szükséges vírus megfelelő dózisának meghatározásával. Egy másik tanulmány, amelyet az Egyesült Államok Hadseregének Fertőző Betegségek Kutatóintézete vezetett, kifejlesztett egy új, súlyos betegségű hörcsögmodellt,amely zavarja az adaptív immunitásukat, és kutatásaik azt sugallják, hogy mind a B-, mind a T-sejtek – az adaptív rendszer ikerkarjai – egyaránt fontosak a vírus megtisztítása és a kitételt követő korai védekezés szempontjából. És egy indiai tanulmány bioinformatikai eszközöket használt - ACE2 fehérjeszekvencia homológiát – több állatmodell, köztük a szíriai hörcsög érzékenységének rangsorolásához.
Közben, tudósok az Essexi Egyetemen , az Egyesült Királyságban azt vizsgálták, hogy a vírus miként lép kölcsönhatásba a tüdősejtek felszínén jelenlévő fehérjékkel, és megállapította, hogy a hörcsög az egyik leginkább hasonlító modell az emberhez, így hasznos modell a COVID-19 terápiákat vizsgáló kutatók számára. amelyek a légutakat célozzák.
Egy másik tanulmány a Hongkongi Egyetemen a szíriai hörcsögmodellt használta annak igazolására, hogy a SARS-CoV-2 intranazális belélegzése által kiváltott tüdőgyulladás súlyossága növekszik a vírusoltással.
És nem a szíriai hörcsög volt az egyetlen, amelyet értékeltek. Egy, a berlini Virológiai Intézet által végzett tanulmány megállapította, hogy a kínai hörcsögök SARS-CoV-2 fertőzése tüdőgyulladást okozott az állatokban.
Vakcina- és gyógyszervizsgálatok
Vitathatatlan, hogy a kutatás egyik legerőteljesebb területe a SARS-CoV-2 kezelésére és megelőzésére szolgáló vírusellenes gyógyszerek és vakcinák keresése volt. Közel három tucat klinikai vizsgálat van folyamatban vírusellenes gyógyszerekkel és több mint 100 klinikai vizsgálat vakcinákkal kapcsolatban. A vakcinafronton több jelölt is eljutott a késői stádiumú hatásossági vizsgálatokig, és egy vírusellenes gyógyszert, amelyet korábban az Ebolára fejlesztettek ki, most sürgősségi felhasználási alapon terjesztenek.
A szír hörcsög hasznos állatmodellnek bizonyult egyes terápiák értékelésében. Egy nemrégiben a PNAS-ben megjelent, japán és amerikai kutatók együttműködő csoportja által végzett tanulmány megállapította, hogy a SARS-CoV-2 izolátumok hatékonyan replikálódnak a szíriai hörcsögök tüdejében, és súlyos kóros elváltozásokat okoznak ezen állatok tüdejében, hasonlóan ahhoz, amit az emberi COVID-19-ről készült felvételeken találunk tüdőgyulladással. A vizsgálat során a SARS-CoV-2-vel fertőzött hörcsögök neutralizáló antitestválaszokat váltottak ki, és védettek voltak a SARS-CoV-2-vel való újbóli fertőzés ellen. Ezenkívül a lábadozó szérum – a felépült betegek véréből vett antitestek – passzív átvitele gátolta a vírus replikációját a tüdejükben. Hörcsögöket használtak a biztonság és egy olcsóbb vírusvektor-modell bemutatására, amely a Newcastle víruson (NDV-S) alapul, hogy a vakcinát intramuszkulárisan sejtekbe juttassák. Egy kísérleti tanulmány megállapította, hogy az inaktivált NDV-S vakcina immunogén, tüske-specifikus antitestek magas titereit indukálta, védelmet biztosítba és gyengítetve a SARS-CoV-2 által kiváltott betegségek tüneteit hörcsögökben.
A szíriai hörcsög segített abban is, hogy jobban megértsük a hidroxiklorokin használatát, amely immunoszuppresszáns, amelyet a világjárvány első napjaiban potenciális kezelésként hirdettek, de amelyről azóta bebizonyosodott, hogy nem hatékony a kritikus állapotú COVID-19 betegek kezelésében. Az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete által vezetett tanulmány megállapította, hogy a gyógyszer, amelyet jellemzően malária kezelésére írnak fel, nem gyakorolt jótékony hatást a szíriai hörcsögben lévő klinikai betegségre vagy replikációjára/leválására. Ezeket a megállapításokat foglalta magában a Nature Communications-ben augusztusban megjelent kommentár, melyben független tudósok nemzetközi együttműködése ugyanerre a következtetésre jutott. A Rega Institute for Medical Research (Belgium) tanulmánya is a szíriai hörcsög modellt alkalmazta annak kimutatására, hogy egy vírusellenes influenza elleni gyógyszer jelentős védőhatással rendelkezik a SARS-CoV-2 ellen, míg a hidroxiklorokin nem.
És a múlt hónapban a Nature Medicine közzétette egy tanulmány eredményeit, amit a Beth Israel Deaconess Medical Center folytatott, amely megállapította, hogy egy optimális Ad26-alapú SARS-CoV-2 vírusvektor vakcina erőteljes immunválaszt váltott ki szíriai aranyhörcsögökben, és megelőzte a súlyos klinikai betegségeket, beleértve a súlycsökkenést, a tüdőgyulladást és a halálozást. A vakcinajelöltet jelenleg embereken értékelik.
Szíriai hörcsögöket használtak egy terápiás antitestkoktél tesztelésére is, amely kritikus állapotú COVID-19 betegek kezelésére és a fertőzés megelőzése érdekében készült. Végül pedig a Helicobacter pylori bakteriális fertőzés kezelésére általánosan használt gyógyszerről kiderült, hogy erős SARS-CoV-2 ágens. Szíriai hörcsögökben a gyógyszer elnyomta a SARS-CoV-2 replikációját, ami csökkenti a vírusterhelést mind a felső, mind az alsó légutakban. A vírus okozta tüdőgyulladást is enyhítette.
Vírusos alkalmasság és genetika
Nem meglepő, hogy a SARS-Cov-2 legkorábbi tanulmányai vírusgenetikával foglalkoztak. Végtére is, ha megértjük, hogy a SARS-CoV-2 génjei hogyan működnek, az nagyban hozzájárul a vírus kezelésének és a vírus terjedésének megelőzési módjainak kidolgozásához. Egy tanulmány kimutatta, hogy egyes SARS-CoV-2 vírusok miért fertőzőbbek, mint mások a furinhely fontosságának hangsúlyozásával – amely tartalmaz egy hasadási helyet, amelyről úgy gondolják, hogy segíti a SARS-CoV-2 vírus bejutását a sejtekbe. A tanulmány megállapította, hogy a furinhely mutáció miatti törlése a hörcsögökben nagymértékben csökkentette a a vírus replikációs képességét. Hasonló vizsgálatot végeztek olyan hörcsögökön, kifejezett legyengült betegséget és vírusreplikációt kimutatva, amikor a furinhasadása hiányzott, kihangsúlyozva, hogy a hasadási hely mennyire központi szerepet játszik a SARS-CoV-2 patogenezisének megértésében.
A szíriai hörcsögök is hasznosnak bizonyultak a SARS-CoV fertőző klónjának tesztelése során, amelyet a Texas Medical Center generált . Az ilyen klónok elengedhetetlenek a vírus fertőzési módszerének, replikációjának, az ellene ható gyógyszerek és a lehetséges vakcinák tanulmányozásához. A texasi tanulmány hasonló szintű replikációt mutatott ki, mint a természetes izolátumé a fertőzött hörcsögök orrnyálkahártyájában és tüdejében. Végül a hörcsögmodell hasznos volt variánsok relatív replikációs alkalmasságának meghatározásánál a vad típusú SARS-CoV-2-vel összehasonlítva egy, a Hongkongi Egyetem által kifejlesztett érzékeny tesztet alkalmazó vizsgálatban.
A vírusok alkalmasságát is vizsgálták, annak meghatározására, hogy mely SARS-CoV-2 vírusok „fittebbek”, mint mások, azaz mely vírusok képesek jobban alkalmazkodni a gazdakörnyezethez. A University of Texas Medical Branch vezetésével végrehajtott Szíriai hörcsög tanulmány megerősítette, hogy a SARS-CoV-2 tüskeprotein-mutációja, a D614G, fokozza a vírusterhelést a COVID-19-betegek felső légúti rendszerében, és fokozhatja a fertőzés terjedését. És egy, a kínai Shandong tartomány kórháza által végzett tanulmány szerint a szír hörcsögök érzékenyebbek lehetnek a SARS-CoV-2-re, mint más állatok, az ACE2 izoforma sokfélesége – a sejtfelszíni receptor különböző változatai miatt, amelyek eltérően viselkednek. A hörcsögökben található ACE2 izoformák érzékenyebbé teszik a SARS-CoV-2 egyedi funkcióit.
A Kaliforniai Egyetem-San Diego tanulmánya megpróbálta meghatározni a citokinvihart – a vírusra adott extrém és abnormális immunrohamot –, és ismét a szír hörcsög segített ebben a tanulmányban. Gépi tanulási technikák segítségével több mint 45 000 vírusos pandémiás transzkriptomikus adatkészletet elemeztek, hogy kivonják a 166 génből álló ismertető jegyet, az ACE2-t „mag” génként használva. Az ismertető jegyet ezután prediktív modellként használták a COVID-19-ben való navigáláshoz. Az eredmények rávilágítottak a citokinvihar pontos természetére, a bűnös sejttípusokra és a szervekre. A legfontosabb eredményeket szíriai hörcsögöknél és betegeknél igazolták.
Semlegesítő antitestek
Végül a kutatók a szíriai hörcsög modellt használták a SARS-CoV-2 elleni potenciálisan semlegesítő antitestek (nAb-k) izolálására. Számos virológus között a COVID-19 legyőzésében az aranystandard a vírus megelőzésére és kezelésére használható jó nAb-k megtalálása. Valójában a felépült COVID-19-betegektől megmentett antitestekből álló lábadozó plazma olyan stratégiává vált, amelyet sok orvos vizsgál kritikus állapotú betegeknél, és amelyet az FDA a legújabb adatok alapján vizsgálati termékként engedélyez.
A szíriai hörcsögök is hasznosnak bizonyultak a SARS-CoV fertőző klónjának tesztelése során, amelyet a Texas Medical Center generált . Az ilyen klónok elengedhetetlenek a vírus fertőzési módszerének, replikációjának, az ellene ható gyógyszerek és a lehetséges vakcinák tanulmányozásához. A texasi tanulmány hasonló szintű replikációt mutatott ki, mint a természetes izolátumé a fertőzött hörcsögök orrnyálkahártyájában és tüdejében. Végül a hörcsögmodell hasznos volt variánsok relatív replikációs alkalmasságának meghatározásánál a vad típusú SARS-CoV-2-vel összehasonlítva egy, a Hongkongi Egyetem által kifejlesztett érzékeny tesztet alkalmazó vizsgálatban.
A vírusok alkalmasságát is vizsgálták, annak meghatározására, hogy mely SARS-CoV-2 vírusok „fittebbek”, mint mások, azaz mely vírusok képesek jobban alkalmazkodni a gazdakörnyezethez. A University of Texas Medical Branch vezetésével végrehajtott Szíriai hörcsög tanulmány megerősítette, hogy a SARS-CoV-2 tüskeprotein-mutációja, a D614G, fokozza a vírusterhelést a COVID-19-betegek felső légúti rendszerében, és fokozhatja a fertőzés terjedését. És egy, a kínai Shandong tartomány kórháza által végzett tanulmány szerint a szír hörcsögök érzékenyebbek lehetnek a SARS-CoV-2-re, mint más állatok, az ACE2 izoforma sokfélesége – a sejtfelszíni receptor különböző változatai miatt, amelyek eltérően viselkednek. A hörcsögökben található ACE2 izoformák érzékenyebbé teszik a SARS-CoV-2 egyedi funkcióit.
A Kaliforniai Egyetem-San Diego tanulmánya megpróbálta meghatározni a citokinvihart – a vírusra adott extrém és abnormális immunrohamot –, és ismét a szír hörcsög segített ebben a tanulmányban. Gépi tanulási technikák segítségével több mint 45 000 vírusos pandémiás transzkriptomikus adatkészletet elemeztek, hogy kivonják a 166 génből álló ismertető jegyet, az ACE2-t „mag” génként használva. Az ismertető jegyet ezután prediktív modellként használták a COVID-19-ben való navigáláshoz. Az eredmények rávilágítottak a citokinvihar pontos természetére, a bűnös sejttípusokra és a szervekre. A legfontosabb eredményeket szíriai hörcsögöknél és betegeknél igazolták.
Semlegesítő antitestek
Végül a kutatók a szíriai hörcsög modellt használták a SARS-CoV-2 elleni potenciálisan semlegesítő antitestek (nAb-k) izolálására. Számos virológus között a COVID-19 legyőzésében az aranystandard a vírus megelőzésére és kezelésére használható jó nAb-k megtalálása. Valójában a felépült COVID-19-betegektől megmentett antitestekből álló lábadozó plazma olyan stratégiává vált, amelyet sok orvos vizsgál kritikus állapotú betegeknél, és amelyet az FDA a legújabb adatok alapján vizsgálati termékként engedélyez.
A szíriai hörcsögmodellt arra használták, hogy bemutassák, hogy a SARS-CoV-2 érintkezés nélküli átvitele sebészeti maszk viselésével megelőzhető. Ennek bizonyítására a hörcsögök egy kontrollcsoportját mesterségesen fertőzték meg SARS-CoV-2-vel, és egészséges hörcsögök mellé helyezték, amelyek ketrecében sebészeti maszk anyagából készült, teljesen kötött válaszfalréteg volt. A maszkok ily módon történő használata több mint 60%-kal csökkentette a vírus érintkezés nélküli átvitelét, míg az egészséges hörcsögök kétharmada egy héten belül megfertőződött, amikor nem használtak maszkot. A leletek a Klinikai fertőző betegségek c. folyóiratban jelentek meg, és fontos emlékeztetőt jelentenek arra, hogy mennyire fontos a maszk egy olyan időszakban, amikor ez a megelőző intézkedés átpolitizálódott.
A Freie Universität Berlin virológusai idős és fiatal szíriai hörcsögöket is felhasználtak annak bemutatására, hogy a a vírus annál súlyosabb, minél idősebb vagy. A tanulmány megállapította, hogy a fiatal hörcsögök sokkal erősebb immunválaszt indítottak a SARS-CoV-2-vel szemben, és gyorsabban tértek vissza a tüdőkapacitáshoz, mint idősebb rokonaik, akiknél ehelyett feltűnő alveoláris és perivaszkuláris ödéma alakult ki, ami érszivárgást jelez.
A COVID-19 egyik meglepő tünete az ízlelés és szaglás átmeneti elvesztése volt. De miért? Egy hörcsögökön végzett hongkongi tanulmány megállapította, hogy a SARS-Cov-2 közvetlenül fertőzte meg a hörcsögök szaglóneuronjait és sejthalált indukált. Ezenkívül gyulladásos reakciókat váltott ki a szomszédos sejtekben, amelyek hátrányosan befolyásolhatják a szagló neuronok működését. Egy, Franciaországban végzett külön hörcsögvizsgálat megállapította, hogy a szaglóhámszövet tömeges leválását, ami szagvesztéssel járt, a szaglóhámot támogató sejtek COVID-19 fertőzése, valamint az immunsejtek orr érzékszervi rendszerébe való toborzása váltotta ki.
Következtetés
Természetesen sokat tanulunk a világjárványról más állatmodellektől, kicsiktől és nagyoktól; egyik sem egyezik meg az emberi vírussal, ami megakadályozza, hogy a teljes képet lássuk preklinikai környezetben. És 10 hónappal a világjárvány után kezdjük látni más COVID-19 állatmodellek megjelenését, amelyek speciális genetikai célzási technikákon, köztük a CRISPR-en alapulnak. De ha nem lett volna a csodálatos arany szír hörcsög, nem tanultunk volna annyit, mint amennyit tanultunk, annyi különböző fronton a járvány korai fekete dobozos hónapjai alatt.
Őszinte köszönet ezeknek a hörcsögöknek.
* A cikket a Charles River biztosította. Eredeti szöveg itt.
