HIV viruses attack human cell

HIV e ingegneria genetica: i nuovi approcci terapeutici

“L’ AIDS è considerato un handicap ai sensi di legge non solo per le limitazioni fisiche che impone, ma anche perché il pregiudizio che circonda l’AIDS esige la morte sociale che precede… che precede… e a volte accelera, la morte fisica” (A. Beckett dal film Philadelphia)

HIV e World AIDS Day 

L’HIV colpisce ancora circa 39 milioni di persone in tutto il mondo, di cui circa 2,1 milioni sono bambini sebbene la maggioranza delle nuove infezioni sia nella fascia d’età tra i 25 e i 29 annilo riporta l’Organizzazione Mondiale della Sanità in occasione della Giornata Mondiale contro l’AIDS (World AIDS Day) che ricorre il 1° dicembre di ogni anno.

Inizialmente diffuso prevalentemente nella comunità omosessuale e tra i tossicodipendenti che fanno uso di siringhe, a distanza di più di trent’anni dalla sua scoperta l’AIDS risulta presente in tutto il mondo.
L’AIDS è infatti una “Sindrome”, perché si presenta sotto forma di diverse manifestazioni patologiche, per cui occorre sensibilizzare i cittadini nei confronti della patologia e promuovere abitudini responsabili che riducano il rischio di trasmissione del virus.

La storia dell’HIV

Il viruso dell’HIV (human immunodeficiency virus) è stato identificato agli inizi degli anni 1980 nei laboratori di L. Montagnier (Francia) e R. Gallo (USA).

HIV viruses attack human cell
HIV virus (in yellow) attack human cell – photo by CDC

All’interno del laboratorio francese dell’istituto Pasteur il virus venne isolato dalle cellule coltivate di un paziente omosessuale con linfonodi ingrossati, privo però di alcun sintomo di AIDS. Un anno dopo, venne dichiarato pubblicamente che il virus francese Lav (Virus associato a linfoadenopatia) era stato definitivamente identificato come la causa dell’AIDS.

Qualche tempo dopo Margaret Heckler, il segretario dell’Health and Human Services, annuncia che anche Robert Gallo, direttore del laboratorio di biologia cellulare dei tumori del National Cancer Institute, ha a sua volta isolato da pazienti malati di AIDS il virus candidato a essere il responsabile della malattia, chiamandolo Htlv-III (Virus umano della leucemia a cellule T di tipo III, virus che infettano i linfociti T umani e che sembrano essere coinvolti nella proliferazione anomala di queste cellule, come la leucemia).

I due prestigiosi istituti di ricerca rivendicano entrambi la paternità della scoperta, tanto importante da arrivare a valere il premio Nobel. Intanto, solo nel 1986 un comitato internazionale stabilirà il nuovo nome per indicare il virus dell’AIDS: da quel momento in poi si chiarirà l’acronimo a cui siamo tutti ormai abituati, ossia HIV, “Virus dell’immunodeficienza umana”.

Il meccanismo di azione

Il virus è un membro del genere Lentivirus (caratterizzati da lunghi periodi di incubazione e di durata della malattia) e fa parte della famiglia Retroviridae.
HIV è un retrovirus perché dotato di un enzima (trascrittasi inversa) in grado di trascrivere RNA virale in DNA.

Il ciclo vitale del virus ha inizio con l’adesione delle particelle virali al recettore specifico rappresentato dalla molecola nota come CD4, propria dei linfociti T helper.
Infatti, HIV è un virus linfotropo e neurotropo, cioè colpisce i linfociti T helper e causa alterazioni al sistema nervoso centrale.

Sono proprio i linfociti che, una volta infettati, subiscono alterazioni e inducono nel tempo l’AIDS. L’infezione della cellula bersaglio implica due possibili evoluzioni: integrazione genomica e produzione di nuove particelle virali. L’HIV agisce principalmente impoverendo le cellule del sistema immunitario, vale a dire i macrofagi e le cellule CD4 +, il ché rende vulnerabili alle infezioni opportunistiche. Questo significa che finché c’è una cellula infettata, che sia un linfocita, un linfonodo o un altro tipo di cellula, il soggetto rimarrà infetto. Quindi una cellula infettata conserva nel suo genoma l’informazione genetica per produrre il virus.

Diagnosi e vie di trasmissione

È sufficiente effettuare un prelievo di sangue per individuare gli anticorpi specifici del virus identificando così gli individui cosiddetti sieropositivi. Esiste poi un periodo detto finestra, che va dal momento del contagio alla comparsa degli anticorpi (2 o 3 mesi circa), durante il quale il virus è presente, ma il test risulta ancora negativo e così l’individuo può inconsapevolmente e potenzialmente infettare altre persone.

La trasmissione del virus avviene attraverso l’esposizione a fluidi corporei infetti (ad esempio il sangue, durante il parto – oppure lo sperma, le secrezioni vaginali, il latte materno), ed attraverso alcuni dei principali fattori legati al comportamento: l’uso di siringhe in comune con altri oppure di oggetti che tagliano o pungono (come aghi, rasoi); la presenza di lesioni a livello degli organi genitali costituisce poi una diretta via di ingresso del virus, ad esempio durante un rapporto sessuale senza preservativo.  

HIV: fasi e tempi di infezione. Fonte: https://www.treccani.it/enciclopedia/hiv

Terapie antiretrovirali: il problema della Multi – Resistenza

In generale, quando un paziente viene incluso in terapia per la prima volta, è opportuno utilizzare una triplice associazione di farmaci poiché l’uso di un solo farmaco non è assolutamente ammesso, per la facilità con la quale possono insorgere resistenze virali, come anche l’impiego di due soli antivirali deve essere limitato a particolari condizioni di risposta individuale al trattamento.

L’adozione del trattamento viene classificata come HAART (Highly Active Antiretroviral Therapy), una vera e propria polichemioterapia. I farmaci antivirali sono distinti in:
– inibitori nucleosidici della trascrittasi inversa (NRTI, un es. È l’AZT la zidovudina ),
– inibitori non-nucleosidici della trascrittasi inversa (NNRTI)
– inibitori delle proteasi (PI).

Questi sono in grado di bloccare la moltiplicazione del virus, ma non di eliminarlo, e quindi hanno trasformato l’infezione da HIV da acuta a cronica.


L’anticorpo monoclonale, che agisce in maniera innovativa, è indicato per il trattamento di adulti con infezione da Hiv resistente ai medicinali (Congresso Icar – Italian conference on Aids and clinical research)

Meccanismo di azione di Ibalizumab. Fonte:  https://www.creativebiolabs.net/ibalizumab-overview.htm

Un’altra delle sfide terapeutiche è rappresentata dalla necessità di ottenere la viremia non rilevabile anche in una piccola porzione di pazienti (il 2-3% del totale), detti “multi resistenti”.

La ricerca biomedica si è orientata verso soluzioni alternative rispetto ai farmaci antiretrovirali, come per esempio gli anticorpi monoclonali, che offrono diversi vantaggi per la terapia dell’HIV, come ad esempio il ripristino della conta dei linfociti T, una minima insorgenza di ceppi resistenti e un basso potenziale di tossicità rispetto agli altri agenti antiretrovirali alternativi.

In questo ambito la molecola Ibalizumab, è già stata approvata dall’AIFA. Si tratta di un anticorpo monoclonale ricombinante e umanizzato, somministrato per via endovenosa ogni due settimane che si è dimostrata in grado di bloccare l’infezione da parte di Hiv dei linfociti T CD4+.
L’anticorpo, infatti, si lega alla superficie delle cellule legandosi al recettore CD4 (lo stesso usato dal virus per entrare in queste cellule), interferendo così nella trasmissione virale che si verifica attraverso la fusione cellula-cellula.

L’anticorpo monoclonale – pur non curando di fatto l’infezione, dal momento che non blocca direttamente la replicazione del virus – può ridurre la possibilità di sviluppare l’AIDS e dunque le malattie correlate all’HIV come gravi infezioni o tumori. Date le loro caratteristiche, questi anticorpi monoclonali sono candidati ad essere usati anche nella terapia iniziale e, addirittura, nella prevenzione dell’HIV.

Un nuovo farmaco: EBT – 101 e la terapia genica

La Excision Bio Therapeutics, insieme ai Professori Kamel Khalili della Temple University e Pasquale Ferrante del dipartimento di scienze biomediche dell’Università Statale di Milano hanno sviluppato un nuovo farmaco, denominato EBT-101, che è stato recentemente approvato dalla FDA come “Investigational New Drug” (IND) per la terapia sperimentale.

Questa autorizzazione permette all’azienda di iniziare uno studio clinico di Fase I/II per valutare la sicurezza, la tollerabilità e l’efficacia della terapia in persone che convivono con il virus dell’immunodeficienza umana di tipo 1.

Infatti, negli studi preclinici il farmaco EBT-101 ha dimostrato di poter asportare il DNA provirale dell’HIV in più linee cellulari, vale a dire in cellule primarie umane ed in diversi modelli animali (inclusi primati non umani).
Il trattamento, somministrato una tantum (in gergo one-shot), prevede di utilizzare un virus adeno-associato (AAV), ossia un tipo di vettore virale in grado di trasportare il farmaco all’interno delle cellule e, quindi, destinato a curare le infezioni da HIV.

Inoltre, attraverso alcuni esperimenti in vivo effettuati sui topi, si è visto che una combinazione di micromolecole liposomiali (che contengono l’RNA guida e l’enzima, così da eradicare il virus dalle cellule già infette) e di farmaci antiretrovirali (che impediscono al virus di integrarsi nel genoma di nuove cellule) può eliminare efficacemente il virus.

Terapia genica e EBT – 101: CRISPR/CAS9. Fonte: https://www.excision.bio/

“Quando il virus dell’HIV trascrive il suo genoma sul nostro, lo può fare in qualsiasi punto, casualmente. Il programma sperimentale utilizza Crispr-Cas9 e due RNA guida che prendono di mira tre siti all’interno del genoma dell’Hiv, asportando così ampie porzioni del genoma del virus e riducendo al minimo la potenziale fuga virale.
Quando si immagina di eliminare un certo gene, si potrebbe scoprire, in un secondo momento, che quel gene, pur aumentando il rischio di una certa malattia, era allo stesso tempo importante per un’altra funzione utile che non sospettavamo. Nel caso dell’HIV toglieremmo solo dei geni virali che, essendo arrivati dall’esterno, sappiamo non avere alcuna possibile funzione benefica per il nostro organismo” (Prof. P. Ferrante)


Già nel 2019 si parlava di una terapia per questa infezione quando era balzato agli onori delle cronache il caso di un paziente che aveva ottenuto il trapianto di cellule staminali ematopoietiche manipolate con CRISPR per bloccare l’ingresso del virus.

Nello stesso anno venne inoltre pubblicato lo studio su una tecnica chiamata LASER ART (long-acting slow-effective release antiviral therapy), una cura antiretrovirale a rilascio prolungato, strutturata in modo da dare alla Crispr-Cas9 il tempo di agire, ossia di individuare la sequenza bersaglio virale nelle cellule e di rimuoverla dal resto del DNA in cui è inglobata.

La difficoltà di sconfiggere il virus dell’AIDS deriva dal fatto che, una volta che ha infettato l’organismo, l’HIV riesce a nascondersi nelle cellule, si replica velocemente inserendosi nel genoma, e rimanendo lì dormiente ma pronto a riattivarsi. Una terapia definitiva dovrebbe quindi mirare a questi serbatoi del virus.

Ecco allora che strategia di questa nuova “chirurgia genica” consiste di eliminare il DNA provirale di Hiv per inattivare la sua espressione e non più, quindi solo la sua replicazione, proprio come accade con le terapie antiretrovirali.

Infatti i pazienti devono assumere questi farmaci per tutta la vita e in più i pazienti spesso presentano sintomi associati agli effetti collaterali dei trattamentie alla presenza latente del virus all’interno delle cellule.

Laser ART e CRISPR/CAS9: un approccio combinato. Fonte https://www.nature.com/articles/s41467-019-10366-y

Prospettive future e differenze tra COVID-19 e HIV

L’HIV già da qualche anno si può considerare un’infezione cronica grazie all’avvento della terapia antiretrovirale che permette la soppressione virologica, sintetizzata nell’acronimo U=U, Undetectable=Untransmittable: l’HIV non viene trasmesso se la viremia del partner HIV positivo non è più determinabile nel sangue, grazie alla corretta assunzione di una efficace terapia antiretrovirale.

Nonostante ciò, sia per l’HIV che per il Covid, ulteriori soluzioni potrebbero essere riposte negli anticorpi monoclonali. Già nella recente pandemia, questo approccio terapeutico si è rivelato fondamentale per evitare che la patologia innescata dal Covid degenerasse nelle sue forme più gravi. D’altro canto, i ricercatori sono diretti alla scoperta di un vaccino terapeutico, che elimini il virus dal sangue di chi è già infettato, e di un vaccino preventivo che impedisca il contagio.

Attualmente I due preparati sperimentali si chiamano “mRna-1644” e “mRna-1644v2-Core”, sviluppati dall’azienda americana Moderna – la stessa che ha applicato la tecnologia a mRna sui vaccini anti-Covid – verranno inoculati inizialmente a 56 volontari sani (età compresa tra i 18 e i 50 anni). Si tratta dei primi due vaccini contro l’HIV di una sperimentazione in fase 1 ed in collaborazione con la International Aids Vaccine Initiative (Iavi) e con la Bill and Melinda Gates Foundation.

Noemi Maria Giorgiano

FONTI

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