Die meisten bakteriellen Infektionen können mit Antibiotika wie Penicillin behandelt werden, die vor Jahrzehnten entdeckt wurden. Solche Medikamente sind jedoch gegen Virusinfektionen, einschließlich Influenza, Erkältung und tödlichem hämorrhagischem Fieber wie Ebola, unbrauchbar.In einer Entwicklung, die die Behandlung von Virusinfektionen verändern könnte, hat ein Forscherteam am Lincoln Laboratory des MIT ein Medikament entwickelt, mit dem Zellen identifiziert werden können, die mit jeder Art von Virus infiziert wurden, und diese Zellen dann abtöten, um die Infektion zu beenden.
Die obigen Mikroskopbilder zeigen, dass DRACO erfolgreich Virusinfektionen behandelt. Im linken Satz von vier Fotos tötet Rhinovirus (das Erkältungsvirus) unbehandelte menschliche Zellen (unten links), während DRACO keine Toxizität in nicht infizierten Zellen (oben rechts) hat und eine infizierte Zellpopulation heilt (unten rechts). In ähnlicher Weise tötet das Dengue-hämorrhagische Fiebervirus im rechten Satz von vier Fotos unbehandelte Affenzellen (unten links), während DRACO in nicht infizierten Zellen (oben rechts) keine Toxizität aufweist und eine infizierte Zellpopulation heilt (unten rechts). In einem Artikel, der am 27. Juli in der Zeitschrift PLoS One veröffentlicht wurde, testeten die Forscher ihr Medikament gegen 15 Viren und stellten fest, dass es gegen alle wirksam war — einschließlich Rhinoviren, die die Erkältung verursachen, H1N1 Influenza, ein Magenvirus, ein Poliovirus, Dengue-Fieber und verschiedene andere Arten von hämorrhagischem Fieber.Das Medikament wirkt, indem es auf eine Art von RNA abzielt, die nur in Zellen produziert wird, die mit Viren infiziert wurden. „Theoretisch sollte es gegen alle Viren wirken“, sagt Todd Rider, ein leitender Wissenschaftler in der Gruppe für chemische, biologische und nanoskalige Technologien des Lincoln Laboratory, der die neue Technologie erfunden hat.Da die Technologie ein so breites Spektrum aufweist, könnte sie möglicherweise auch zur Bekämpfung von Ausbrüchen neuer Viren wie dem SARS-Ausbruch (Severe Acute Respiratory Syndrome) von 2003 eingesetzt werden, sagt Rider.Weitere Mitglieder des Forschungsteams sind die Lincoln Lab-Mitarbeiter Scott Wick, Christina Zook, Tara Boettcher, Jennifer Pancoast und Benjamin Zusman.
Nur wenige antivirale Medikamente verfügbar
Rider hatte vor etwa 11 Jahren die Idee, eine antivirale Breitbandtherapie zu entwickeln, nachdem er CANARY (Cellular Analysis and Notification of Antigen Risks and Yields) erfunden hatte, einen Biosensor, der Krankheitserreger schnell identifizieren kann. „Wenn Sie ein pathogenes Bakterium in der Umwelt entdecken, gibt es wahrscheinlich ein Antibiotikum, das verwendet werden könnte, um jemanden zu behandeln, der dem ausgesetzt ist, aber mir wurde klar, dass es nur sehr wenige Behandlungen für Viren gibt“, sagt er.Es gibt eine Handvoll Medikamente, die bestimmte Viren bekämpfen, wie die Protease-Inhibitoren zur Kontrolle der HIV-Infektion, aber diese sind relativ wenige und anfällig für Virusresistenz.
Rider ließ sich für seine therapeutischen Wirkstoffe, DRACOs (Double-stranded RNA Activated Caspase Oligomerizers) genannt, von den eigenen Abwehrsystemen lebender Zellen inspirieren.Wenn Viren eine Zelle infizieren, übernehmen sie ihre zelluläre Maschinerie für ihren eigenen Zweck — das heißt, mehr Kopien des Virus zu schaffen. Während dieses Prozesses erzeugen die Viren lange Stränge doppelsträngiger RNA (dsRNA), die in menschlichen oder anderen tierischen Zellen nicht vorkommt.Als Teil ihrer natürlichen Abwehrkräfte gegen Virusinfektionen haben menschliche Zellen Proteine, die sich an dsRNA binden und eine Kaskade von Reaktionen auslösen, die verhindern, dass sich das Virus selbst repliziert. Viele Viren können dieses System jedoch überlisten, indem sie einen der Schritte weiter unten in der Kaskade blockieren.
Rider hatte die Idee, ein dsRNA-bindendes Protein mit einem anderen Protein zu kombinieren, das Zellen zu Apoptose (programmierter Zellselbstmord) veranlasst — zum Beispiel, wenn eine Zelle feststellt, dass sie auf dem Weg ist, krebsartig zu werden. Wenn also ein Ende des DRACO an dsRNA bindet, signalisiert es dem anderen Ende des DRACO, Zellsuizid zu initiieren.Die Kombination dieser beiden Elemente ist eine „großartige Idee“ und ein sehr neuartiger Ansatz, sagt Karla Kirkegaard, Professorin für Mikrobiologie und Immunologie an der Stanford University. „Viren sind ziemlich gut darin, Resistenzen gegen Dinge zu entwickeln, die wir gegen sie versuchen, aber in diesem Fall ist es schwer, sich einen einfachen Weg zur Arzneimittelresistenz vorzustellen“, sagt sie.
Jeder DRACO enthält auch ein „Delivery-Tag“, das aus natürlich vorkommenden Proteinen gewonnen wird und es ihm ermöglicht, Zellmembranen zu durchqueren und in jede menschliche oder tierische Zelle einzudringen. Wenn jedoch keine dsRNA vorhanden ist, verlässt DRACO die Zelle unversehrt.Die meisten der in dieser Studie berichteten Tests wurden in menschlichen und tierischen Zellen durchgeführt, die im Labor kultiviert wurden, aber die Forscher testeten DRACO auch an Mäusen, die mit dem H1N1-Influenzavirus infiziert waren. Wenn Mäuse mit DRACO behandelt wurden, waren sie vollständig von der Infektion geheilt. Die Tests zeigten auch, dass DRACO selbst für Mäuse nicht toxisch ist.Die Forscher testen jetzt DRACO gegen mehr Viren in Mäusen und beginnen, vielversprechende Ergebnisse zu erzielen. Rider hofft, die Technologie für Versuche an größeren Tieren und für eventuelle klinische Studien am Menschen lizenzieren zu können.
Diese Arbeit wird durch ein Stipendium des National Institute of Allergy and Infectious Diseases und des New England Regional Center of Excellence for Biodefense and Emerging Infectious Diseases finanziert, mit früheren Mitteln der Defense Advanced Research Projects Agency, Defense Threat Reduction Agency und Director of Defense Research & Engineering (jetzt der stellvertretende Verteidigungsminister für Forschung und Technik).