Если клинические специалисты прибегают к фаготерапии (лечению бактериальных заболеваний бактериофагами) у больных, не реагирующих на лечение антибиотиками, значит, пациент в очень тяжёлом состоянии, и каждая минута бездействия может привести к трагическим последствиям. Однако лабораториям в среднем требуется более месяца для производства нужных фагов.
Основной причиной задержки является отсутствие устоявшегося процесса очистки бактерий в лабораториях, несмотря на то, что фаготерапия, в которой для уничтожения бактерий используются вирусы, существует уже около века.
Сейчас лаборатория университета Сан-Диего в штате Калифорния (SDSU), которая производит бактериофаги для сострадательного использования в клиниках, оформила унифицированные рекомендации не только для оптимизации процесса при использовании существующего лабораторного оборудования, но и для сокращения срока изготовления фагов до двух-трёх недель, что вдвое меньше типичных нынешних сроков.
«У многих наших пациентов очень мало времени на выздоровление, поэтому скорость имеет значение, а этот протокол внесёт важные изменения — одной партии будет достаточно для лечения пациентов на месяцы», — сказал Дуэйн Роуч, заведующий кафедрой вирусологии Конрада Пребиса и доцент SDSU.
Он отметил, что протокол сочетает традиционные технологии с новейшей системой фильтрации, что позволяет получать большее количество фагов и снижать уровень эндотоксина по сравнению с предыдущими партиями.
Ключевые принципы этой системы были опубликованы в июле в Nature Protocols.
Бактериофаги и фаготерапия
Типичными кандидатами на фаготерапию являются пациенты с мультирезистентными бактериями — таких больных становится всё больше и больше в связи с бесконтрольным использованием антибиотиков. Фаг — сокращение от слова «бактериофаг», что в буквальном смысле означает «пожиратель бактерий». Это вирусы, которые атакуют только бактерии, а не людей. Бактериофаги можно найти в почве, воде или сточных водах, и перед применением необходима их очистка.
Фаготерапия пока не одобрена в США и Европе, за исключением отдельных случаев использования в исключительных ситуациях. Вооружённые силы также заинтересованы в применении бактериофагов на полях сражений, где те могут быть использованы в качестве обеззараживающего средства, удаляющего бактерии из раны.
Так как это не устоявшаяся область, лаборатории используют различные подходы к очистке фагов. Протоколы, разработанные исследователями из SDSU, стандартизированы и используют простое, стандартное микробиологические лабораторное оборудование, что делает их быть широко доступными. Они также подходят и для лабораторий в странах с ограниченными ресурсами, которые планируют увеличить производство фагов.
Отсутствие протоколов — ключевая проблема
Так как лаборатория Роуча имеет на руках библиотеку фагов, большая часть подготовительной работы по их сбору и культивированию уже завершена. Протоколы позволяют его команде поставлять клиническим специалистам подходящих фагов всего за неделю.
«Наш протокол даёт стандарт производства медицинских фагов, что позволяет последовательно производить тысячи потенциальных доз для лечения фагами, — сказала Тиффани Луонг, первый автор и докторант лаборатории Роуча. — Мы предоставляем инструкцию и объяснение для каждого шага в нашем процессе, что позволяет пользователю адаптировать процесс к специфике их оборудования и видам бактерий».
Определение групп фагов, эффективных против мультирезистентных бактерий, с годами стало проще.
Однако доктор Роберт Скули, директор центра по инновационному применению фагов в SDSU, отмечает, что, тем не менее, отсутствие строгих, масштабируемых методов производства фагов в академических лабораториях и доставки их к пациентам остаётся большой проблемой.
«Протокол Доктора Роуча — выдающийся пример точности, требуемой для безопасного использования фагов в клиниках, — сказал Скули. — Эти рекомендации будут представлять большой интерес для других академических лабораторий и регулирующих органов в тот момент, когда мы перейдём к следующему этапу фаготерапии».
Сокращение эндотоксинов
Когда команда Роуча начала работу с терапевтами весной 2019 года, им было необходимо выяснить, как оптимизировать процесс. Путём тщательного изучения каждого шага и компоновки различных методов команда определила тангенциельно-поточную фильтрацию (способ отделения твёрдых частиц из жидкостей, при котором жидкость проходит через очищающие мембраны) как наиболее целесообразный и эффективный метод очистки, и Роуч представил результаты и сокращение сроков на конференции позднее в том же году.
В то время, когда Роуч и Луонг изучали варианты оптимизации, исследователь-постдокторант Анн-Шарлотт Салабаррия разрабатывала параметры обеспечения безопасности конечного продукта с помощью многосторонних тестов, включающих подтверждение того, что уровень эндотоксинов соответствует рекомендациям министерства здравоохранения и социальных служб США (FDA).
Одной из главных претензий FDA к фаговым продуктам является уровень эндотоксина, который может навредить пациенту и должен быть снижен в процессе очистки. Опубликованный протокол поможет обеспечить безопасность фаговых продуктов в пределах требований FDA, объясняет Роуч.
«Наши тексты подтверждают, что в процессе удаляются практически все эндотоксины и экзотоксины, — сказал Роуч. — Мы хотим опубликовать наш протокол как руководство для других лабораторий, потому что очистка заняла очень большое количество времени, отнимая его у исследования».
Отбор штаммов — другой важный аспект производства медицинских фагов. Для отсеивания нежелательных генов в геномах фагов Роуч заручился помощью микробиолога, генетика и биоинформатика SDSU Роберта Эдвардса.
«Геномы фагов содержат так много различных компонентов и могут задействовать другие токсины или антибиотикорезистентные гены, — говорит Эдвардс. — Нам крайне необходимо понимать эти вирусы на молекулярном уровне, чтобы гарантировать, что мы не вводим ничего потенциально опасного в уже больных пациентов».
Исследователи продолжат заниматься повышением безопасности терапии фагами с помощью тестирования на тканях и клеточных культурах мышей.
«Мы надеемся что этот протокол позволит большему числу лабораторий принять участие в повторном внедрении фагов в западную медицину», — сказала Луонг.
Редакторы: Елена Королёва и Вера Круз, автор блога Обзоры фильмов и книг Веры Круз