(HIV-Immagine:questo dispositivo microscopico è uno dei tre che insieme separano le singole cellule immunitarie infettate dall’HIV dai campioni di sangue e intrappolano il loro contenuto genetico in goccioline per l’analisi. IAIN CLARK E ADAM ABATE).
La cura delle infezioni da HIV rimane una delle sfide più formidabili nella biomedicina, in parte perché le cellule che contengono il DNA virale nei loro cromosomi persistono di fronte a potenti farmaci e risposte immunitarie. Un team di ricerca ha ora, per la prima volta, isolato singole cellule da questi ostinati serbatoi virali e caratterizzato la loro attività genica, suggerendo potenziali nuove strategie di cura.
“Questo è davvero eccitante”, afferma Sharon Lewin, che dirige il Peter Doherty Institute for Infection and Immunity e ha individuato il risultato come uno dei più innovativi presentati alla 24a Conferenza internazionale sull’AIDS iniziata la scorsa settimana. “Questi progressi unicellulari sono grandi”.
I ricercatori sull’AIDS hanno avuto molti trionfi da quando la malattia è emersa 42 anni fa, ma solo quattro persone sono considerate guarite e avevano tumori che hanno richiesto trapianti di midollo osseo carichi di rischi. I trapianti hanno ricostituito il loro sistema immunitario con cellule impermeabili all’infezione da HIV.
Gli sforzi per sviluppare cure più semplici e sicure per gli altri 38,4 milioni di persone che convivono con il virus sono stati ostacolati da un fattore fondamentale: l’HIV persiste nelle tasche delle cellule tacendo. Dopo essere entrato in una cellula umana e aver integrato il suo DNA nei cromosomi dell’ospite, l’HIV rimane invisibile per attaccare a meno che non inizi a produrre nuovi virus. Il trattamento antiretrovirale riduce la riproduzione dell’HIV, ma test sensibili mostrano che anche con i trattamenti più efficaci, piccole popolazioni di globuli bianchi tempestati del recettore CD4 ospitano il DNA dell’HIV in uno stato latente.
I ricercatori hanno utilizzato vari composti in quella che viene chiamata una strategia shock-and-kill, che risveglia i virus nascosti e distrugge direttamente le cellule ospiti o consente al sistema immunitario di fare il suo lavoro. Questo, in teoria, dovrebbe ridurre notevolmente o addirittura eliminare eventuali giacimenti rimanenti. Ma le persone che interrompono gli antiretrovirali dopo aver ricevuto questi composti hanno regolarmente l’HIV alle stelle a livelli ematici elevati in poche settimane.
Alla conferenza sull’AIDS, Eli Boritz, immunologo presso il National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), ha descritto lo sforzo del suo team per comprendere meglio i nascondigli dell’HIV analizzando singole cellule con il DNA virale in uno stato latente. Precedenti studi hanno isolato l’HIV all’interno di singole cellule nel serbatoio, ma gli scienziati non sono stati in grado di valutare l’attività genica della cellula ospite a causa di un Catch-22: hanno potuto solo identificare se una cellula è stata infettata spingendo il virus a copiare se stesso, che, a sua volta, probabilmente ha alterato l’espressione genica cellulare.
Il nuovo lavoro ha evitato questo dilemma utilizzando una tecnica che isola singole cellule infette mentre minuscole quantità di sangue si muovono attraverso tre dispositivi microfluidici sviluppati dal fisico Adam Abate presso l’Università della California, San Francisco, e dal bioingegnere Iain Clark presso l’UC Berkeley. In sostanza, i dispositivi spingono il sangue attraverso canali in microchip che intrappolano le singole cellule in goccioline, consentendo loro di essere tagliate in modo che altri strumenti possano leggere il loro materiale genetico.
“Questa è una tecnologia che prima non esisteva” per gli studi sull’HIV, afferma Mary Kearney, una ricercatrice sull’HIV/AIDS che si concentra sui serbatoi dei virus. Lillian Cohn, che studia i serbatoi di HIV presso il Fred Hutchinson Cancer Research Center, afferma che lo sviluppo di questa nuova tecnologia ha richiesto uno “sforzo eroico” e prevede che molti gruppi, incluso il suo, lo utilizzeranno in futuro.
Boritz e colleghi hanno utilizzato i dispositivi per confrontare i geni attivi nelle singole cellule CD4 infettate in modo latente da tre persone sieropositive, con le cellule CD4 di tre persone non infette. Quando un gene si attiva, il suo DNA viene trascritto in un filamento di RNA messaggero (mRNA) che viene utilizzato per produrre una proteina. Nel confronto delle cellule CD4, i ricercatori hanno analizzato l’intera suite di quasi 18.000 mRNA, il trascrittoma, e hanno trovato due modelli distinti: le cellule CD4 serbatoio hanno inibito le vie di segnalazione che tipicamente guidano la morte cellulare e hanno anche attivato i geni che hanno messo a tacere il virus stesso.
“È straordinario che queste cellule siano così distinte”, afferma Mathias Lichterfeld, un medico di malattie infettive presso il Brigham and Women’s Hospital che studia i serbatoi di HIV nelle persone che controllano le loro infezioni per decenni senza trattamento.
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Lewin dice che sta già perlustrando i geni che il team di Boritz ha identificato e si chiede se un metodo di modifica del genoma come CRISPR potrebbe distruggere i serbatoi, ad esempio paralizzando uno dei geni CD4 che sta bloccando il percorso di morte cellulare.
Lichterfeld afferma che il suo laboratorio ha un lavoro non pubblicato che suggerisce allo stesso modo che queste cellule serbatoio infette hanno proprietà speciali che le rendono resistenti agli attacchi immunitari. “In realtà è davvero bello come abbiamo utilizzato approcci tecnologici completamente diversi, ma siamo giunti a conclusioni relativamente simili”, afferma.
Boritz, il cui gruppo ha dedicato 11 anni a questo progetto, afferma che i risultati “hanno perfettamente senso per questo fenomeno nebuloso chiamato latenza del virus“. È particolarmente curioso sapere cosa creano questi modelli di espressione genica. Potrebbe essere che queste cellule CD4 siano tipi distinti con proprietà speciali che consentono loro di sopravvivere alle infezioni più a lungo di altre. Oppure potrebbe essere che l’infezione da HIV trasformi le cellule in bunker di lunga durata. Per noi è estremamente importante risolvere il problema”, afferma Boritz. “Forse potremmo inibire quel meccanismo”. (Autore Jon Choen)
