40-letnie zmagania
W 2020 r. grupa badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis opracowała niezwykły eksperyment polegający na śledzeniu wirusa HIV z użyciem urządzeń do obrazowania molekularnego. Mijało właśnie 40 lat od oficjalnego doniesienia o pierwszym przypadku AIDS u człowieka.
Wiremia HIV, czyli ilość tego wirusa we krwi, jest ważną podstawą diagnostyki i leczenia AIDS. Najczęstszą metodą pomiaru wiremii jest badanie krwi, w tym przypadku istnieje jednak pewna wartość graniczna. Gdy poziom wiremii jest niższy od tej wartości, wirus nie zostanie wykryty. Badania krwi nie pozwalają też określić rozmieszczenia wirusa w organizmie. Jako dodatkową, czulszą, metodę badania można wykorzystać biopsję węzłów chłonnych, ale polega ona na miejscowym pobraniu tkanki, a jako że powoduje on chorobę ogólnoustrojową, HIV może z dużym prawdopodobieństwem ukrywać się w niepobranych tkankach.
Wirusy, których nie można eradykować, są niczym bomby zegarowe. Nieustannie szukają one odpowiedniego momentu na ciągłą, masową replikację, a okres inkubacji choroby może trwać nawet kilkadziesiąt lat. Z tego powodu ludzie walczą z HIV od 40 lat. Przypadki wyleczenia pacjentów z AIDS zdarzają się niezwykle rzadko – na świecie są jak dotąd tylko dwa przypadki osób uznanych za wyleczone.
Pierwsza wizualizacja stężenia wirusa HIV w całym ciele
Kiedy konwencjonalne metody badawcze osiągają granice swoich możliwości, nowe szanse otwierają urządzenia do obrazowania molekularnego, które pozwalają na wizualizację ciała ludzkiego na poziomie cząsteczek.
Techniki obrazowania molekularnego istnieją od dziesięcioleci, lecz nie były jak dotąd stosowane w badaniach klinicznych HIV, gdyż nie ma znacznika dla tego wirusa, a parametry sprzętu nie były wystarczająco wysokie, aby umożliwić zobrazowanie jego obecności w wysokiej rozdzielczości w całym ciele pacjenta. W 2019 r. Uniwersytet Kalifornijski w Davis zaczął użytkowanie pierwszego na świecie aparatu uEXPLORER® do badania PET/TK całego ciała. Urządzenie to pozwoliło zwiększyć osiowe pole widzenia z typowych 15 cm do przełomowych 2 m, jak też 40-krotnie podwyższyć czułość. Po raz pierwszy możliwe stało się skanowanie całego ciała od stóp do głowy w jednej pozycji stołu, co 40-krotnie skróciło wynoszący 20 minut konwencjonalny czas trwania obrazowania molekularnego. Udało się też wydłużyć okres, podczas którego możliwe było obrazowanie, do 9 okresów połowicznego rozpadu znacznika oraz dokonywać obrazowania przy niezwykle niskich dawkach znacznika (od 1/40 do 1/50). W rezultacie aparat ten nazwano „teleskopem Hubble'a”, pozwalającym obserwować wnętrze ludzkiego ciała, a tym samym otwierającym nowe okno do badań nad HIV.
W swoim eksperymencie badacze wykorzystali nowy rodzaj znacznika przeciwciał – 89Zr-VRC01. VRC01 jest przeciwciałem o szerokim spektrum działania, które potrafi dokładnie wiązać się z wirusem HIV. Użyty do znakowania przeciwciała izotop 89Zr działa w sposób podobny do zapalenia niewielkiej lampki po wykryciu każdej cząstki wirusa. Światło tych małych lampek może następnie zostać precyzyjnie wychwycone w badaniu PET/TK. Znaczniki przeciwciał w pełni związały się z wirusami 72 godziny po wstrzyknięciu leku do organizmu. Następnie pacjent, u którego przez 10 lat stosowano terapię antyretrowirusową (ART), został poddany skanowaniu PET/TK całego ciała aparatem uEXPLORER. Badacze zobaczyli wtedy po raz pierwszy nowy, nigdy wcześniej nie widziany obraz: można było bezpośrednio, gołym okiem zaobserwować rozmieszczenie wirusa HIV w różnych częściach ciała. Oznaczało to, że metoda ta pozwala określić części ciała, których dotyczy zakażenie wirusem HIV, oraz ocenić poziom wiremii. Urządzenie to ma ogromny potencjał wykorzystania w leczeniu klinicznym i badaniach naukowych nad AIDS.
Aparat do badania PET/TK całego ciała uEXPLORER otwiera nieskończone możliwości
Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis i Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco wciąż trwają badania nad HIV. Na dalszym etapie planowane są badania kliniczne na większą skalę.
Ponadto przed badaczami otwiera się nieskończona przestrzeń możliwości. Na przykład w przypadku najnowocześniejszych, w wysokim stopniu spersonalizowanych metod leczenia klinicznego, takich jak immunoterapia, terapia protonowa, terapia ciężkimi jonami i terapia komórkowa, badanie PET/TK całego ciała pozwoli na długoterminowe śledzenie oraz weryfikację efektów spersonalizowanego leczenia w najdokładniejszy sposób i przy zastosowaniu najniższej dawki promieniowania. Przy badaniach naukowych nad mózgiem skanowanie tą metodą może bezpośrednio ukazać połączenia neuronowe między różnymi narządami ludzkiego ciała, co pomoże zrozumieć, jak mózg współdziała z tymi narządami, a także ułatwi zgłębienie mechanizmu takich chorób i zaburzeń jak depresja, zaburzenia afektywne, osobowość borderline, uzależnienie od alkoholu i zespół deficytu uwagi/nadpobudliwości psychoruchowej (ADHD) u dzieci. W dziedzinie poszukiwania i opracowywania nowych leków skanowanie PET/TK całego ciała może umożliwić badanie farmakokinetyczne obejmujące cały organizm i obserwowanie dynamicznego wychwytu leków przez poszczególne narządy oraz tkanki w czasie rzeczywistym, jak też znacznie skrócić prace badawczo-rozwojowe nad nowymi lekami dzięki dokładnemu pomiarowi i analizie przepływu oraz toksykologii leków.