Návrat fágovej terapie ScienceBlog
Vírusy, ktoré špecificky napádajú baktérie, takzvané bakteriofágy (skrátene fágy), boli objavené pred storočím a terapeuticky sa používali proti bakteriálnym infekciám. Keď antibiotiká začali svoj víťazný postup, na fágy sa vo väčšine krajín zabudlo. Vznik baktérií rezistentných na antibiotiká a nedostatok nových účinných látok v súčasnosti oživili záujem o fágovú terapiu. V predchádzajúcom článku renomovaná virológka Karin Moelling (em. Prof. pre virológiu na univerzite v Zürichu a vedúca skupiny v Inštitúte Maxa Plancka pre molekulárnu genetiku) predstavila, čo sú fágy a ako fungujú [1]. Teraz píše o terapeutickom použití fágov a uvádza sľubné príklady.
Z baktérií, proti ktorým už nemôžu pomôcť antibiotiká ...
Rýchly vývoj rezistencie existujúcich antibiotík na arzenál predstavuje jednu z najväčších globálnych hrozieb pre zdravie a bežné lekárske postupy (ako je chirurgický zákrok, liečba nádorov). Problém zhoršuje skutočnosť, že nové antibakteriálne látky - minimálne na ďalšie desaťročie - nebudú Zrak sú. WHO v súčasnosti predpokladá, že najmenej 700 000 ľudí na celom svete zomiera každý rok na infekcie rezistentnými baktériami (v najhoršom prípade môže tento počet v roku 2050 vzrásť na 10 miliónov) [2], v Európskej únii sa odhaduje na 33 000 takýchto úmrtí [3], len v Berlíne je to každý týždeň jedna obeť.
Pri čoraz naliehavejšom hľadaní alternatív liečby bakteriálnych infekcií si teraz vedci pripomínajú možnú aplikáciu fágov, známych ako fágová terapia. ilustrácia 1.
... na fágovú terapiu ...
Ako už bolo opísané v [1], fágová terapia nie je novým konceptom. Pred viac ako sto rokmi Félix d'Hérelle (1873–1949) v Pasteurovom ústave izoloval „neviditeľné mikróby“ zo vzoriek stolice od pacientov trpiacich bakteriálnou dyzentériou, z ktorej sa - keďže zničili trávniky baktérií spôsobujúcich dyzentériu - stali bakteriofágy (jedáci baktérií) ) určené. (To, ako fágy veľmi špecifickým spôsobom napádajú a ničia baktérie, je opísané v [1].) D’Hérelle okamžite rozpoznal terapeutický potenciál svojho objavu: použitie týchto bakteriofágov pri bakteriálnych infekciách. Britský bakteriológ Frederick Twort pred pár rokmi objavil vo filtráte bakteriálnych kultúr „ultramikroskopické, nepatogénne vírusy“; vypuknutie svetovej vojny zastavilo jeho vyšetrovanie, v ktorom po skončení vojny nepokračoval.
Ale dávno predtým sa priaznivé účinky na ľudské alebo zvieracie výkaly - pravdepodobne založené na fágoch - úspešne uplatnili pri bakteriálnych infekciách u ľudí a zvierat (výkaly obsahujú až 10 miliárd fágov na gram suchej hmotnosti): V Číne v 4. storočí ich lekári predpisovali suspendovaná ľudská stolica („žltá polievka“) na hnačky a otravu jedlom, beduíni používali ťavie exkrementy - praktiky, ktoré sa až doteraz odkazovali na ríšu rozprávok.
Anglický bakteriológ Ernest Hankin bol prekvapený, že Indovia sa po stáročia kúpali a pili rituálne v posvätných riekach Ganga a Yamuna, prevažne nezranených, a to aj napriek znečisteniu fekálnymi odpadovými vodami a zvyškami mŕtvol. V roku 1896 skúmal vzorky vody po ich filtrácii cez porcelánový filter, ktorý bol nepriepustný pre častice veľkosti baktérií. Vo filtráte našiel vysokú aktivitu proti cholerovým baktériám, ktoré mali zjavne biologický charakter, pretože sa stratili zahrievaním - táto aktivita bola pravdepodobne spôsobená vtedy neznámymi fágmi. Obrázok 2.
... a ich vývoj do veku antibiotík
Fágové prípravky sa v Európe a Amerike používali až do 40. rokov 20. storočia; Medzi výrobcov patrili farmaceutické spoločnosti ako Behring, Eli Lilly, Abbott, Parke-Davis a Squibb. Pre ľahšiu prepravu boli vyvinuté prípravky vo forme prášku alebo piluliek, ktoré sa ešte počas druhej svetovej vojny používali v poľných nemocniciach.
Keď sa však v 40. rokoch začala éra antibiotík komerčne dostupným penicilínom, ktorý zabíjal širokú škálu baktérií aj bez presnej zhody, na fágovú terapiu sa zabudlo, prinajmenšom v západných krajinách. Pretože sa fágová terapia v súčasnosti považovala za nevyhnutnú, v 80. rokoch boli zbierky fágov konečne zničené na mnohých miestach, napríklad aj v Pasteurovom inštitúte a v Lyone. V krajinách za železnou oponou - najmä v Rusku, Gruzínsku a Poľsku - kde antibiotiká neboli dlho k dispozícii, pokračovala fágová terapia, ktorá sa dodnes vykonáva rutinne.
Návrat fágov
Okrem terapeutických aplikácií si fágy už našli uplatnenie v niektorých oblastiach.
... pre neterapeutické aplikácie
Fágy, ktoré boli v USA schválené na konzerváciu potravín v roku 2006, sa odvtedy používajú v mnohých štátoch a tiež v krajinách EÚ. Jedná sa hlavne o fágy, ktoré sú špecificky zamerané proti nebezpečným kmeňom listérie, ktoré sa môžu vyskytovať v údenom lososovi, v hotových šalátoch, v surových mliečnych výrobkoch atď. Tieto potraviny sú pred zabalením vystavené pôsobeniu fágov alebo sú nimi pokryté sprejom. Pretože fágy - ako už bolo spomenuté - sú neškodné pre vyššie organizmy, nemusí sa uvádzať na obale.
V poľnohospodárstve sa fágy používajú okrem iného ako biologické pesticídy v ovocí a vinohradníctve. Fágy sa dajú použiť aj na potlačenie bakteriálneho hniloby v zemiakoch, čím sa mnohonásobne zvýši úroda plodiny.
Fágy sa tiež používajú na neterapeutické účely ako rýchla a vysoko citlivá diagnostika bakteriálnych kmeňov alebo ako biologické dezinfekčné prostriedky, napríklad v miestnostiach kontaminovaných listériou alebo salmonelou.
... pre terapeutické aplikácie ...
V posledných rokoch existuje veľa príkladov liečby bakteriálnymi infekciami, najmä tými, ktoré obsahujú multirezistentné zárodky; spektrum sa pohybuje od silných hnačiek, infekcií močových ciest a zápalov nosohltanu po infekcie rán, „otvorené“ nohy, ulcerujúce prsty na nohách diabetikov, otvorené zlomeniny atď.
Problém týchto príkladov však je, že často ide o prípadové štúdie, ktoré nie sú v súlade s oficiálnymi pokynmi pre klinické štúdie a ktoré sa majú vykonávať ako randomizované, placebom kontrolované dvojito zaslepené štúdie.
... a niekoľko príkladov
Jednou z úspešných prípadových štúdií z posledných rokov je pravdepodobne prípad kalifornského profesora Toma Pattersona, ktorý sa stal populárnym aj prostredníctvom videí na YouTube. Keď v roku 2015 odcestoval s manželkou do Egypta, dostal multirezistentný kmeň Acinetobacter baumannii, ktorý spôsoboval život ohrozujúcu pankreatitídu a cukrovku. Patterson bol prevezený do svojej domácej univerzitnej nemocnice v San Diegu, upadol do kómy a lekári ho opustili, nie však jeho manželka Steffanie Strathdee. Aj epidemiologička dala do pohybu svojich kolegov, lekárov a zdravotnícke úrady: našli sa vhodné fágy proti infekčným zárodkom a v roku 2016 americký FDA udelil špeciálne povolenie pre aplikáciu „Investigative New Drug“ (IND) v prípade núdze. Už po troch intravenóznych dávkach fágového kokteilu sa pacient veľmi rýchlo zotavil a je dnes zdravý. V USA to bol prvý prípad fágovej terapie klasifikovaný ako experimentálny; Odvtedy sa touto metódou úspešne liečia ďalší pacienti v San Diegu (Centrum pre inovatívne fágové aplikácie a terapeutiku (IPATH)).
S viac ako 420 miliónmi diabetikov na celom svete (https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/diabetes) má fágová terapia veľmi vysoký potenciál v liečbe diabetickej nohy/nohy. Tu sa často infikujú multirezistentnými zárodkami, vytvárajú sa tu hlboké nehojace sa rany a v státisícoch prípadov sú jediným východiskom amputácie. Od roku 2013 na tejto indikácii prebieha systematická multicentrická štúdia Phagopied, ktorá skúma fágovú terapiu oproti štandardnej liečbe. Elizabeth Kutter (Evergreen Lab, Washington), popredná obhajkyňa fágovej terapie, nedávno uviedla úspešnú liečbu niektorých pacientov fágovými koktailami na Staphylococcus aureus; Fotografie spočiatku ukazovali popálené prsty na nohách a všetci pacienti sa uzdravili po 2 mesiacoch; Amputácie neboli potrebné.
V bývalej poľskej krajine východného bloku sa lekári ústavu Ludwiga Hirszfelda vo Vroclave špecializovali na fágovú terapiu. Podľa vlastných informácií spoločnosti bolo od roku 1980 úspešne liečených bakteriofágmi viac ako 1 500 pacientov infikovaných mikroorganizmami rezistentnými na antibiotiká.
Čo je potrebné na fágovú terapiu
Na prvom mieste je nedostatok dostupných fágov. Na celom svete existuje príliš málo zbierok fágov, ktoré sú špecificky účinné proti patogénnym bakteriálnym kmeňom a ktoré je možné rýchlo množiť a dodávať na terapeutické účely. Aktuálny zoznam (https://phage.directory/) uvádza 22 takýchto zdrojov - fágové banky, biotechnologické startupy a nekomerčné organizácie - vrátane Leibnizovho inštitútu („Nemecká zbierka mikroorganizmov a bunkových kultúr“ DSMZ; Braunschweig), ktorý Holandská „Fagenbank“ a „Eliava Institute“.
K dispozícii sú vysoko purifikované a dobre charakterizované fágy
Fágy sú všade tam, kde sú baktérie: Každá prírodná oblasť, v ktorej sa vyskytujú (patogénne) baktérie, pravdepodobne obsahuje aj fágy, ktoré sú špecifické pre tieto baktérie a vedú k ich lýze. Z takýchto vzoriek je možné pomerne ľahko izolovať, charakterizovať a testovať fágy. Ide o štandardné postupy v niekoľkých po sebe nasledujúcich krokoch (obrázok 3):
V prvom kroku sa fágy zhromaždia, prečistia, izolujú a charakterizujú. Za týmto účelom sa odoberajú vzorky (napr. Zo splaškov, pôdy, hnoja, exkrementov), prípadne suspendované a potom centrifugované, čím sa usadzujú veľmi veľké baktérie v porovnaní s fágmi. Fágy a ďalšie vírusy v supernatante sú obohatené, purifikované, rôzne fágy sú izolované a po replikácii sú ich DNA presne sekvenované na bázu.
V druhom kroku sú potenciálni kandidáti na terapiu testovaní na účinnosť a typizovaní. To si vyžaduje v každom prípade správny typ baktérie, ku ktorej sa fágy pripájajú konkrétne podľa princípu zámku a kľúča, vstrekujú svoj genetický materiál do tohto hostiteľa, množia sa v ňom a nakoniec ho privádzajú k lýze (pozri [1]). Pri aplikácii na kultúry patogénnych baktérií sa pozoruje, ktorý typ fágu požiera otvory v husto vyrastenom bakteriálnom trávniku, t.j. je špecifický pre patogén a lyžuje ho. Takéto špecifické fágy sú pre aplikáciu znásobené, presne opísané a uložené.
Nakoniec musia žiadosť podať lekári: buď ako individuálnu liečbu (súcitný súdny proces), alebo novšie ako sériu prípadov. Ako ukazuje použitie, ktoré prebieha už celé storočie, doteraz sa nevyskytli žiadne vážne vedľajšie účinky.
Pravdepodobnosti škodlivých bakteriálnych zložiek alebo génov kontaminujúcich a prenášajúcich prípravok je možné zabrániť použitím vysoko purifikovaných, dobre charakterizovaných a plne sekvenovaných fágových produktov. Takýto fágový kokteil vyrobený podľa „Správnej výrobnej praxe“ (GMP) predpísanej pre farmaceutické výrobky sa nedávno použil v projekte EÚ Phagoburn na liečbu popáleninových rán infikovaných Pseudomonas aeroruginosa.
Rozvoj rezistencie kvôli vysokej špecifickosti pre bakteriálny typ a vývoju fága s týmto hostiteľom predstavuje proti fágom podstatne nižšie riziko ako v prípade antibiotík; kombinácia fágu a antibiotík ďalej riziko znižuje.
Špecialita fágovej terapie spočíva v tom, že to koreluje s dávkou a tiež sa samo obmedzuje: čím viac baktérií je, tým viac fágov sa v nich produkuje. Ak sú všetky baktérie usmrtené, fágy sa už nemôžu množiť a tiež hynú. Obrázok 4.
Nové právne predpisy
Fágová terapia na ľuďoch nie je v západnom svete oficiálne schválená, výnimkou sú núdzové predpisy v zmysle Helsinskej deklarácie. Aplikácia, ktorá sa v krajinách bývalého východného bloku stále praktizuje, sa bude skúmať iba na základe západných štandardov.
Fágy sú biologické látky, ktoré ešte nie sú zohľadnené v (už zastaraných) pokynoch schvaľovacích orgánov v EÚ a USA. Preto nemôžu splniť prísne požiadavky na štandardizáciu a reprodukovateľnosť, ktoré boli kedysi formulované pre syntetické účinné látky, vakcíny, proteíny atď. Vyžadujú presne definovaný, identický východiskový materiál, čo nie je možné u fágov, ak sú špecificky prispôsobené zárodkom každého jednotlivého pacienta. Ak sa naopak predpokladá širšie použitie (napríklad na liečenie epidémií), a preto je potrebné veľké množstvo fágového prípravku, môže sa to stať dôsledkom mutácie počas výroby nekonzistentné, a tým zlyhať požadovaná „správna výrobná prax“ (GMP).
Ak sa jedná o personalizovanú terapiu, takzvaná aplikácia Magistrale ponúka východisko, ktoré sa dá v Belgicku už praktizovať: tu môže lekár predpísať fágový prípravok, ktorý je presne šitý na mieru pacientovi s určitým zárodkom a je veľmi individuálny sa vyrába v nemocničnej lekárni.
Ďalším masívnym problémom fágovej terapie je, že prijatý proces vývoja liečiva poskytuje klinický test, pri ktorom sa skúma účinok aktívnej zložky na cieľ (štruktúra cieľa). To je problematické u vysoko špecifických fágov, pretože zvyčajne existuje niekoľko cieľov a pre každý cieľ je potrebné použiť niekoľko fágov - fágový kokteil.
Aby bolo možné rýchlo použiť fágovú terapiu, je potrebný nový právny rámec pre zdravotnícke výrobky, ktorý obsahuje fágy s ich špeciálnymi vlastnosťami.
Systematické štúdie
Dlhoročné skúsenosti a úspešné aplikácie fágovej terapie v krajinách bývalého východného bloku sa západnými orgánmi považujú za nedostatočne zdokumentované a za nedostatočne presvedčivé z hľadiska účinnosti a možného výskytu závažných vedľajších účinkov. Aby sa zaistilo, že fágová terapia je široko a bezpečne používaná, musia byť k dispozícii početné systematické klinické štúdie, ktoré potom poskytnú základ pre regulačné orgány na vytvorenie pokynov pre fágovú terapiu.
Môže to trvať roky, kým sa tam dostaneme. Do tej doby môžu pacienti na svoje vlastné riziko a náklady absolvovať púť do Gruzínska alebo Poľska, kde sa rutinne uskutočňuje fágová terapia (3-týždňová liečba proti multirezistentnému Staphylococcus aureus predstavuje zhruba 5 000 EUR).
súvisiace odkazy
Karin Moelling, Felix Broecker, Christian Willy (12. 2018): Budenie: Teraz potrebujeme fágovú terapiu. Vírusy 2018, 10 688; doi: 10,3390/v10120688
Karin Moelling (10.2017): Vírusy namiesto antibiotík.
Karin Moelling: Svet vírusov, 2. Fágy (2015); Video 9:22 min.
Karin Moelling: Bez vírusov by jednoducho nebol život. Virológ prof. Dr. Karin Mölling navštívila KKL Impuls (2016), video 1:17:05 min.
Karin Moelling: Rozhovory pri stole (24. 7. 2019), Podcast 52:41 min
Karin Moelling: Nové kazuistiky s fágovou terapiou - čo je potrebné pre viac? (2019). Ošetrovateľstvo a zdravotná starostlivosť 4: 30-32
William C. Summers (2016) Félix Hubert d'Herelle (1873–1949): Dejiny vedeckej mysle, Bakteriofág, 6: 4, e1270090, DOI: 10.1080/21597081.2016.1270090
Zdravie UC San Diego (2017): Liečba fágom zachráni život. Video 5:57 min. (Prípad Tom Patterson)
Fágová terapia: Účinná alternatíva k antibiotikám? Video 10:58 min . Inštitút Eliava v Gruzínsku je svetovým lídrom v produkcii fágov. Pacienti cestujú kvôli liečbe z celého sveta.