"מפעל תרופות חי": תולעים מהונדסות ייצרו נוגדן נגד קורונה במשך חודשים

טפיל החי במשך חודשים בכלי הדם הפך בניסוי חדש למעין "בית חרושת חי" לייצור חלבון טיפולי. חוקרים הצליחו להנדס גנטית תולעי שיסטוזומה כך שייצרו ויפרישו לדם של עכברים ננו-נוגדן פעיל נגד נגיף הקורונה - ולהעביר את התכונה גם לדורות הבאים של התולעים.

המחקר, שפורסם ב-26.8.26 ב-Nature Communications, הוא הראשון שבו נוצרה שושלת תורשתית מהונדסת של Schistosoma mansoni, ולדברי החוקרים גם הראשונה בקרב התולעים השטוחות הטפיליות מקבוצת Neodermata.

CRISPR בתוך ביצי הטפיל

החוקרים השתמשו ב-CRISPR/Cas9 כדי להחדיר לביצי השיסטוזומה מקטע דנ"א באורך של כ-3,600 זוגות בסיסים. הוא קודד ל-C5-Fc - ננו-נוגדן מסוג VHH שחובר למקטע Fc של IgG1 אנושי ונועד להיקשר לאזור בחלבון הדוקרן של SARS-CoV-2 המשתתף בקישור ל-ACE2.

לא מדובר בנוגדן מלא מהסוג שמערכת החיסון האנושית מייצרת בדרך כלל, אלא במולקולה קטנה יותר שמקורה במשפחת הנוגדנים החד-שרשרתיים של גמליים, שאליה הוצמד מקטע Fc כדי לשפר את תכונותיה.

האתגר לא היה רק לגרום לתולעת אחת לייצר את החלבון, אלא להחדיר את הגן לתאי הרבייה שלה כך שיועבר גם לצאצאים.

השינוי עבר מדור לדור

לאחר ההנדסה עברו הטפילים את מחזור חייהם הרגיל, הכולל גם חלזון ביניים וגם יונק.

בדור F2 נמצא הטרנסגן ב-33 מתוך 34 חלזונות שהפרישו זחלים - שיעור של 97%. בהמשך המשיכו החוקרים להעביר את השושלת מדור לדור, ובדיקות בדורות F3 עד F9 אישרו שהמקטע המהונדס נשמר.

גם בדור F8 נמצא שהטפילים עדיין הפרישו את C5-Fc למחזור הדם של העכברים.

זהו אחד החידושים המרכזיים במחקר: לא שינוי גנטי זמני בטפיל בודד, אלא שושלת שניתן לגדל ולשמר ובה התכונה עוברת בתורשה.

הנוגדן הגיע למחזור הדם

החוקרים הדביקו עכברים בשיסטוזומות המהונדסות ובדקו אם החלבון שמייצרות התולעים מגיע בפועל למחזור הדם של בעל החיים.

C5-Fc נמצא בסרום החל מארבעה שבועות לאחר ההדבקה ועד לנקודת הזמן האחרונה שנבדקה - 24 שבועות. ריכוזו נע בין 81.2 ל-156.1 ננוגרם למ"ל.

כלומר, התולעים לא רק נשאו את הגן אלא תרגמו אותו לחלבון, הפרישו את החלבון מגופן והוא הגיע למחזור הדם של היונק המארח במשך חודשים.

והחלבון היה פעיל

השלב הבא היה לבדוק אם החומר המיוצר הוא רק חלבון שניתן למדידה - או שהוא גם מסוגל לעשות את העבודה שלשמה תוכנן.

החוקרים נטלו סרום מהעכברים ובחנו אותו מול SARS-CoV-2 בתבחין נטרול במעבדה. הסרום מעכברים שנשאו את התולעים המהונדסות נטרל את הנגיף באופן תלוי-מינון בכל נקודות הזמן שנבדקו, מארבעה ועד 24 שבועות לאחר ההדבקה.

בחלק מהבדיקות עוצמת הנטרול אף הייתה גבוהה מזו של דגימת ביקורת של סרום מחלימי קורונה ששימשה כתקן חיובי.

לעומת זאת, סרום מעכברים שנדבקו בתולעים רגילות או בתולעי ביקורת לא הראה נטרול משמעותי.

אבל העכברים לא חלו בקורונה

זו אחת ההסתייגויות החשובות ביותר.

החוקרים לא חשפו את העכברים לנגיף כדי לבדוק אם התולעים מונעות הדבקה, מפחיתות מחלה או מצילות חיים.

הם הוכיחו שהחלבון מיוצר בתוך הגוף, נמצא במחזור הדם ויכול לנטרל נגיף כאשר מוציאים את הסרום ובודקים אותו במעבדה.

לכן אין כאן הוכחה שטיפול כזה מגן בפועל מיונק מפני קורונה.

למה להשתמש דווקא בטפיל

שיסטוזומות הן בחירה מוזרה לכאורה למערכת אספקת תרופות, אך דווקא התכונה שהופכת אותן לטפילים עמידים היא שמעניינת את החוקרים.

תולעים בוגרות מסוגלות להתיישב בכלי הדם של היונק ולשרוד שם זמן רב. במקום להזריק חלבון טיפולי שוב ושוב, הרעיון הוא להשתמש ביצור חי שמייצר אותו באופן רציף.

המחברים מכנים את הגישה "living foundry" - מעין בית חרושת ביולוגי חי.

אם ניתן יהיה לשלוט בכמות החומר המופרש, באורך חיי הטפיל ובאפשרות לסלק אותו, אפשר לדמיין בעתיד ייצור ממושך של נוגדנים, אנזימים או חלבונים טיפוליים אחרים בתוך הגוף.

לא מדובר למעשה במחקר על קורונה בלבד

C5-Fc שימש בראש ובראשונה כהוכחת היתכנות.

החידוש אינו בכך שנמצא נוגדן חדש נגד SARS-CoV-2, אלא בכך שאורגניזם רב-תאי מהונדס הצליח לייצר חלבון טיפולי פעיל בתוך יונק לאורך זמן.

לכן היישומים שהחוקרים מעלים רחבים בהרבה מקורונה.

אותו עיקרון יכול, לפחות תאורטית, לשמש בעתיד לחלבונים הנדרשים באופן קבוע במחלות כרוניות.

המחיר הביולוגי גבוה

אלא ששיסטוזומה אינה נשא תמים.

S. mansoni היא תולעת טפילית הגורמת לשיסטוזומיאזיס, מחלה העלולה לגרום בין היתר לדלקת כרונית ולנזק לכבד ולמעי. העובדה שתולעים מסוגלות לחיות זמן רב בגוף היא בדיוק היתרון שהחוקרים מבקשים לנצל - ובאותה שעה גם הסיכון הגדול ביותר.

ואכן, כאשר החוקרים עקבו אחר הדורות המאוחרים של השושלת, הם תיעדו בעכברים גם הגדלה של הכבד והטחול וגרנולומות בכבד - סימנים אופייניים לזיהום בשיסטוזומה.

לכן אי-אפשר לתאר את התולעים עצמן כ"תרופה" במצבן הנוכחי.

האם אפשר להשתמש רק בזכרים

אחד הרעיונות שמעלים החוקרים הוא שימוש בתולעים ממין אחד בלבד, ובפרט בזכרים.

חלק גדול מהפתולוגיה של שיסטוזומיאזיס נגרם מהביצים שמטילות הנקבות, ולכן זיהום חד-מיני עשוי להיות בטוח יותר מזיהום שבו זכרים ונקבות מתרבים יחד.

במחקר הנוכחי אכן נמצאו רמות נוגדן ופעילות נטרול גם בעכברים שנשאו תולעים זכרים בלבד במשך עד 24 שבועות.

אבל "בטוח יותר" אינו שווה "בטוח". גם זיהום חד-מיני בשיסטוזומות הוא זיהום בטפיל אנושי ואינו טיפול רפואי מאושר.

מספר העכברים היה קטן

החלקים החשובים ביותר של ניסוי הנטרול התבססו על מספר מצומצם מאוד של בעלי חיים.

בסדרת המעקב היו שני עכברים שנשאו נקבות מהונדסות בלבד, שלושה שנשאו זכרים בלבד ושלושה שנשאו את שני המינים. קבוצות הביקורת כללו שלושה עכברים בכל אחת.

הדבר מתאים למחקר הוכחת היתכנות ראשוני, אבל רחוק מהיקף שמאפשר להעריך באופן אמין בטיחות, שונות בין פרטים או יעילות טיפולית.

נוסף על כך, כל העכברים ששימשו כמארחים במחקר היו נקבות, בחירה שהחוקרים עשו במכוון כדי להפחית שונות ביולוגית.

אין מתג כיבוי

גם אם בעתיד יפותח טפיל מהונדס שמייצר תרופה מועילה, יישארו שאלות בטיחות חריגות.

צריך יהיה לדעת כיצד מפסיקים את הייצור אם נוצר עודף בחלבון, כיצד מסלקים את האורגניזם מהגוף, האם הוא יכול לעבור שינוי גנטי נוסף, מה קורה אם התגובה החיסונית נגדו משתנה והאם קיימת אפשרות להעברת הגן או הטפיל לסביבה.

המחקר הנוכחי לא מספק פתרונות מלאים לשאלות האלה.

גם תגובת החיסון עלולה להשתנות

מערכת כזאת אינה מקבילה למשאבה מכנית.

התולעת עצמה מפרישה מאות מולקולות ומשפיעה על מערכת החיסון של המארח. שיסטוזומות התפתחו אבולוציונית כך שיוכלו להישאר בגוף לאורך זמן תוך שינוי התגובה החיסונית נגדן.

לכן יהיה צורך להוכיח שהשפעות הטפיל אינן מבטלות את היתרון של החלבון הטיפולי או גורמות לתוצאות אחרות לאורך זמן.

הזווית הישראלית אינה טיפול חדש בקורונה. העניין הוא בפלטפורמה החדשה המחברת הנדסה גנטית, ביולוגיה של טפילים וטיפול ביולוגי: שימוש ביצור רב-תאי מהונדס כמערכת אספקה ממושכת של תרופה בתוך הגוף.

בישראל קיימת פעילות מחקרית משמעותית בתחומי CRISPR, ביולוגיה סינתטית, נוגדנים והנדסת מערכות ביולוגיות. אם הגישה תתפתח, היא משתייכת לעולם רחב יותר של "תרופות חיות" שבו מנסים להנדס תאים, חיידקים ואורגניזמים אחרים כדי לייצר חומרים טיפוליים במקום שבו הם נדרשים.

עוד דרך ארוכה לבני אדם

זהו מחקר מרשים מבחינה טכנולוגית, אבל הוא נמצא בשלב מוקדם מאוד.

הוא מוכיח שאפשר ליצור שיסטוזומה בעלת שינוי גנטי תורשתי, לגרום לה לייצר חלבון טיפולי, להעביר אותו למחזור הדם של יונק ולשמור על הייצור במשך חודשים.

הוא אינו מוכיח שהתולעים יכולות לטפל בקורונה, אינו מראה שהמערכת בטוחה לבני אדם ואינו פותר את הבעיה הבסיסית של שימוש בטפיל מחולל מחלה כמערכת להחדרת תרופה.