In 2009 publiceerde farmaceutische gigant GlaxoSmithKline een artikel in Antiviral Research waarin een veelbelovend nieuw medicijn werd beschreven dat zijn wetenschappers hadden onderzocht. Het medicijn, GSK983 genaamd, was een breedspectrumantivirus - een medicijn dat tegen verschillende virussen kon vechten - dat effectief leek te zijn tegen HPV, mononucleosis en meer. Het artikel beschreef de synthese en effecten van de verbinding en concludeerde vervolgens dat het verdere studie rechtvaardigde. Maar vreemd, volgens de studie, hadden onderzoekers weinig idee hoe de verbinding werkte.
De farmareus heeft veel middelen in het medicijn gestopt; een overeenkomstig artikel toont de synthese op de schaal van kilogram en er werden enkele dierproeven uitgevoerd. Toen stopte het bedrijf stilletjes met zijn experimenten. GSK983 was verlaten.
Jaren gingen voorbij, maar het medicijn werd niet vergeten. Toen er geen volgende artikelen uitkwamen, besloot een groep wetenschappers van Stanford het probleem zelf aan te pakken. "Het was interessant dat er een goede antivirale stof was die de industrie min of meer met rust liet, waarschijnlijk omdat ze het werkingsmechanisme van dit medicijn niet konden verklaren", zegt Jan Carette, die een virologisch laboratorium aan de Stanford School of Medicine runt. Carette werkte samen met collega's van de afdelingen genetica en chemie aan een studie, gepubliceerd in Nature Chemical Biology in maart, waarin het mechanisme van GSK983 werd onderzocht en enkele van de problemen werden aangepakt.
Dankzij verschillende nieuwe technieken kan GSK983 toch een toekomst hebben - een die artsen zou kunnen helpen bij het bestrijden van opkomende ziekten zoals Zika zonder al te veel FDA-rompslomp te moeten doorstaan. Maar GSK983 is slechts één medicijn, alleen van toepassing op bepaalde klassen virussen. Het zou geweldig kunnen zijn, of het kan gewoon een van de vele verbindingen zijn in de zoektocht naar breedspectrumantivirale middelen - en een programma van dubbele genetische screening dat in deze studie werd ontwikkeld, zou een krachtig hulpmiddel kunnen zijn dat het hele proces zal versnellen.
Als u een bacteriële infectie heeft, gaat u naar de arts, die een antibioticum voorschrijft. Sommige zijn effectiever dan andere, en sommige zijn beter geschikt voor bepaalde infecties, maar in het algemeen, als je een antibioticum naar een bacterie gooit, zal het de infectie opruimen. Niet zo met virussen, waarvan de meeste hun eigen gerichte medicijnen of vaccins vereisen. Het proces om dergelijke behandelingen te ontwikkelen, kan een decennium of langer duren, tegen welke tijd het virus vaak is geëvolueerd en veranderd.
Dit is de reden waarom een breedspectrumantiviraal zo krachtig kan zijn. Het hebben van één medicijn (of een klein aantal medicijnen) die toepasbaar zijn in opkomende epidemieën zoals Zika, evenals zeldzame ziekten die onvoldoende aandacht trekken om specifieke medicijnen te rechtvaardigen, zou enorm belangrijk zijn voor zowel farmaceutische bedrijven als volksgezondheidsorganisaties, wereldwijde respons op epidemieën versnellen en levens redden.
Maar meestal is antivirale ontwikkeling een pijnlijk langzaam proces. In tegenstelling tot bacteriën, die vatbaar zijn voor algemene antibiotica, is het een uitdaging om verbindingen te maken die zich op meerdere virussen richten, omdat de manier waarop virussen repliceren zo gevarieerd zijn en omdat ze actief zijn in de cellen van de gastheer, legt Johan Nyets uit, professor in de virologie aan de universiteit van Leuven, België die al decennia lang onderzoek naar breed spectrum pleit.
Het tempo van de ontwikkeling van geneesmiddelen kan cruciaal zijn om de omvang van een uitbraak te minimaliseren. “Als er een nieuwe ziekteverwekker opduikt, zoals het geval was met Zika, en je moet medicijnen gaan ontwikkelen op het moment dat deze nieuwe ziekteverwekker opduikt, ben je te laat omdat het gemiddeld 8-10 jaar duurt voordat je een verbinding hebt ontwikkeld in het laboratorium voor klinisch gebruik ”, zegt Nyets. Terwijl het Congres debatteert over hoe en hoeveel Zika-onderzoek moet worden gefinancierd, lopen we steeds verder achter.
GSK983 richt zich op een klasse virussen die het RNA van een gastheercel kapen en gebruikt dat replicatiemechanisme om meer virussen te maken. Het verstoren van dat proces (een techniek die bekend staat als host-targeting) is een manier om een infectie aan te vallen, maar omdat de enzymen die het virus gebruikt om de gastheercel te kapen belangrijk zijn voor de gastheer zelf, omvatten bijwerkingen vaak het doden of verdoven van de cellen die we ' probeer te beschermen.
De bemanning van Stanford vermoedde dat dit misschien was wat GSK983 tegenhield. In het originele artikel vermeldden de auteurs dat gastheercellen soms dood zouden gaan of zich niet meer zouden vermenigvuldigen wanneer het medicijn werd toegediend. "De uitdaging is om de antivirale en groeiremmingseffecten te scheiden", schreven de auteurs. GlaxoSmithKline heeft bevestigd dat het geneesmiddel vanwege toxiciteit nooit tot menselijke proeven is overgegaan.
"We hebben echt geen idee wat GSK's plannen waren voor dit medicijn, wat hun feitelijke bevindingen zijn, intern", zegt Michael Bassik, een universitair docent wiens laboratorium genetische schermen uitvoerde voor de Stanford-studie. Bassik's moesten precies ontdekken op welke genen het medicijn zich richtte, zodat ze konden achterhalen wat de cellen doodde. Om dit te doen, gebruikte hij een geheel nieuwe techniek - of eigenlijk twee technieken parallel: CRISPR en RNA-interferentie.
CRISPR is de nieuwste genbewerkingstechnologie du jour, waarbij een eiwit wordt gebruikt om te splitsen, of in dit geval, genetische informatie te verwijderen. Het is niet zo eenvoudig als het omschakelen van een schakelaar, maar het proces schakelt de genen effectief één voor één uit om te zien welke het gedrag van het medicijn veranderen.
Aan de andere kant introduceert RNA-interferentie een stukje RNA-gegevens die, wanneer getranscribeerd, genactie onderdrukt in plaats van volledig af te sluiten. Omdat dit de functie van de genen wijzigt in plaats van ze te vernietigen, behouden ze sommige van hun acties. De techniek genereert dus gegevens over essentiële genen die, als ze volledig zouden worden uitgeschakeld, de cel zouden doden.
Elke techniek vindt een andere set genen; door ernaar te verwijzen, kon het Stanford-team waarschijnlijke doelen isoleren, dat wil zeggen de genen (en de enzymen die ze produceren) waarop het medicijn invloed heeft.
"Het doel van dit artikel is te zeggen dat je, door deze twee strategieën tegelijkertijd te doen, een veel uitgebreider beeld krijgt van de biologie van het systeem, en in dit geval, de biologie van de manier waarop dit specifieke medicijn werkt, " zegt Bassik.
Wat het toonde was dit: GSK983 werkt als een interferon - het blokkeert een enzym genaamd DHODH dat wordt gebruikt in replicatie. (Dit was in feite ook de gok van GlaxoSmithKline.) Zonder dat enzym kunnen noch het op RNA gebaseerde virus noch de op DNA gebaseerde cel repliceren. Dit inzicht geeft onderzoekers een beter begrip van hoe ze de verbinding kunnen gebruiken om dit soort virussen te bestrijden zonder de cellen te doden die ze proberen te redden.
Dit laat nog steeds het probleem van de toxiciteit. Maar door te weten welk enzym werd geblokkeerd, was het Stanford-team in staat om alleen de DNA-replicatie te herstellen door een verbinding toe te voegen die deoxycytidine wordt genoemd, waardoor de toxiciteit wordt omgekeerd maar niet de antivirale activiteit. Ze hebben de werkzaamheid aangetoond met dengue, zegt Carette, en de volgende stappen omvatten het testen op Zika.
Dit werd alleen in vitro in de studie getest, wijst erop dat Bassik bezig is en dat er in vivo tests worden uitgevoerd. Het suggereert wel toekomstpotentieel voor GSK983, maar misschien nog belangrijker, het laat zien dat het dubbele CRISPR / RNA-scherm nuttig zou kunnen zijn tegen een van de belangrijkste struikelblokken voor het ontdekken van geneesmiddelen. "Je hebt een reeks moleculen, je weet niet wat hun doelwit is", zegt Bassik. "[Als] we met deze technologie binnen kunnen komen en het werkelijke doel kunnen identificeren, zou het echt de ontwikkeling van die medicijnen moeten vergemakkelijken."
GlaxoSmithKline van zijn kant luistert. "De hernieuwde interesse heeft ons gemotiveerd om opnieuw te kijken naar hoe we die gegevens kunnen publiceren en de informatie beschikbaar kunnen stellen aan de wetenschappelijke gemeenschap", zegt woordvoerder Kathleen Cuca.
