Хотя малярия была искоренена во многих странах, включая Соединенные Штаты, она по-прежнему поражает более 200 миллионов человек во всем мире, убивая почти миллион ежегодно. В регионах, где малярия носит эндемический характер, люди полагаются на профилактические меры, такие как противомоскитные сетки и инсектициды. Существующие лекарства могут помочь, но малярийный паразит становится устойчивым ко многим из них.
Ученые, работающие над разработкой новых лекарств и вакцин, надеются поразить паразита на самых ранних стадиях инфекции, когда он незаметно воспроизводится в печени человека.
В качестве важного шага к этой цели группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала способ выращивания ткани печени, которая может поддерживать стадию жизненного цикла двух наиболее распространенных видов малярии, Plasmodium falciparum и Plasmodium vivax. Эта система может быть использована для тестирования лекарств и вакцин против обоих видов, говорит Сангита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон, а также электротехники и компьютерных наук в Массачусетском технологическом институте.
Бхатия – старший автор статьи, описывающей систему ткани печени, в выпуске журнала Cell Host от 17 июля & Микроб. Ведущим автором статьи является Сандра Марч, научный сотрудник лаборатории Бхатии, и ученые из Института Броуда, Sanaria Inc. и Лиссабонский университет также внесли свой вклад в исследование.
Размножение инфекции
Жизненный цикл малярии состоит из нескольких этапов. Как только паразит заражает жертву человека через укус комара, он поселяется в печени. Паразит проводит в печени около недели, производя десятки тысяч копий, которые в конечном итоге вырываются и заражают клетки крови. После этого первоначального заражения P. vivax может скрываться в течение недель, месяцев или даже лет, реактивируясь, чтобы вызвать новый приступ малярии.
До сих пор исследователям удалось вырастить P. falciparum в крови человека и, в определенной степени, на стадиях его развития в печени, но они не смогли надежно вырастить P. vivax на любой стадии. п. falciparum, самый высокий уровень смертности от малярии, но P. vivax может вызвать изнурительные долгосрочные инфекции. По словам Бхатиа, для искоренения малярии, вероятно, потребуются лекарства и вакцины, нацеленные на оба вида.
Бхатия, который также является старшим ассоциированным членом Института Броуда и членом Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института им. Коха и Института медицинской инженерии и науки, ранее создавал поверхности с микрорельефами, на которых можно выращивать ткань печени, окруженную поддерживающими клетками. Эти сконструированные клетки выживают до шести недель и имитируют большинство функций клеток печени в организме, включая метаболизм лекарств и производство белков печени.
Использование уникальных замороженных образцов P. falciparum, полученный в сотрудничестве со Стивеном Л. Хоффман и его команда из Санарии, исследователи инфицировали здоровые клетки печени и наблюдали за развитием паразитов на стадии печени, используя автоматизированную систему визуализации, разработанную в сотрудничестве с группой Анны Карпентер из Института Броуда. Эта система позволяет им быстро оценить не только количество случаев заражения, но и влияние потенциальных лекарств. Они также могут измерить, как ослабленные формы паразитов, которые могут быть использованы в качестве вакцин, действуют в печени.
Чтобы проверить полезность системы, исследователи изучили P. вакцина falciparum, которая сейчас проходит клинические испытания. Чтобы ослабленный или аттенуированный паразит мог успешно применяться в качестве вакцины, он должен заразить печень и развиться достаточно, чтобы вызвать иммунный ответ, но затем остановится и не достигнет стадии крови. Исследователи показали, что вакцина, которая сейчас проходит испытания, действительно следует по этой траектории.
По словам Бхатиа, новую систему также можно использовать для более масштабных исследований лекарств, чем это было возможно ранее. Исследователи теперь используют клетки рака печени, выращенные в лаборатории, для изучения P. falciparum, но эти клетки обладают недостаточным метаболизмом лекарств и продолжают расти, вместо того, чтобы обеспечивать тихий дом для паразита.
Ищу P. vivax
Получение достаточного количества P. Образцы vivax для тестирования системы заняли несколько лет, но команда в конечном итоге приобрела образцы, доставленные из Таиланда, Индии и Южной Америки. Используя эти образцы, они смогли вырастить P. vivax в ткани печени и показывают, что он производит мелких стойких паразитов, которые, по-видимому, являются спящими формами, называемыми гипнозоитами.
"Мы пока не хотим называть их гипнозоитами, потому что ни у кого нет золотого стандарта для них, но у нас есть устойчивые малые формы, которые живут три недели. Так что мы настроены оптимистично и делаем больше, чтобы снова их разбудить. Повторная активация будет окончательным подтверждением," Бхатия говорит.
В настоящее время исследователи работают над подтверждением того, что P. vivax они выросли в ткани печени, действительно создали гипнозоиты. Как только это будет подтверждено, они планируют начать тестирование некоторых лекарственных препаратов-кандидатов, находящихся в разработке, против P. vivax.