Autorzy: Tian Du i Greg Neely dla The Conversation

Sydney: Około 1,8 miliona ludzi na świecie zostaje ukąszonych przez węże każdego roku. Spośród nich aż 138 000 umiera, a kolejne 400 000 kończy z trwałymi bliznami i niepełnosprawnością.

Wiele kobr ma jady uszkadzające tkanki, których nie można leczyć obecnymi odtrutkami. Odkryliśmy, że tanie, łatwo dostępne leki rozrzedzające krew mogą być ponownie wykorzystane jako odtrutki na te jady.

Wykorzystując technologię edycji genów CRISPR, dowiedzieliśmy się więcej o tym, jak te jady atakują nasze komórki, i odkryliśmy, że powszechna klasa leków zwana heparynoidami może chronić tkanki przed jadem. Nasze badania zostały opublikowane dzisiaj w Science Translational Medicine.

Ukąszenia węży są poważnym problemem Jad węży składa się z wielu różnych związków. Zazwyczaj atakują serce, układ nerwowy lub tkankę w miejscu narażenia (np. skórę i mięśnie).

Zrozumiałe jest, że wiele badań nad ukąszeniami węży koncentruje się na najbardziej śmiercionośnych jadach. W rezultacie jady, które są mniej śmiercionośne, ale nadal powodują długoterminowe problemy – takie jak jad kobry – otrzymały mniej uwagi.

W regionach, w których żyją kobry, poważne ukąszenia węży mogą mieć niszczycielskie skutki, takie jak amputacja, prowadząca do obrażeń zmieniających życie i utraty środków do życia. Światowa Organizacja Zdrowia uznała ukąszenie węża za zaniedbaną chorobę tropikalną „kategorii A” i ma nadzieję zmniejszyć liczbę ukąszeń węży o połowę do 2030 r.

Obecnie jedyną dostępną metodą leczenia ukąszeń węży są surowice, które powstają w wyniku podania zwierzętom niewielkich ilości jadu, a następnie pozyskania przeciwciał, które produkują one w odpowiedzi na ukąszenie.

Surowice ratują życie, ale mają kilka wad. Każda z nich jest specyficzna dla jednego lub więcej gatunków węży, są one niewspółmiernie drogie (jeśli w ogóle są dostępne), wymagają przechowywania w chłodni i muszą być podawane w zastrzyku w szpitalu.

Co więcej, surowice nie mogą zapobiec miejscowemu uszkodzeniu tkanek. Dzieje się tak głównie dlatego, że przeciwciała tworzące surowice są zbyt duże, aby dotrzeć do tkanek obwodowych, takich jak kończyna.

Jak jad kobry zabija komórki Nasz zespół – z University of Sydney w Australii, Liverpool School of Tropical Medicine w Wielkiej Brytanii i Instituto Clodomiro Picado w Kostaryce – postawił sobie za cel znalezienie innych możliwości leczenia ukąszeń węży.

Najpierw chcieliśmy spróbować zrozumieć, jak działają te jady. Zaczęliśmy od kobr, które występują w Afryce i Azji Południowej.

Pobraliśmy jad afrykańskiej kobry plującej, która powoduje uszkodzenia tkanek, i przeprowadziliśmy badanie całego genomu metodą CRISPR.

Wzięliśmy dużą mieszankę ludzkich komórek i użyliśmy technologii edycji genów CRISPR, aby wyłączyć inny gen z całego ludzkiego genomu w każdej komórce. Technologia CRISPR wykorzystuje specjalny enzym do usuwania lub zmiany określonych części DNA w komórce.

Następnie poddaliśmy wszystkie komórki działaniu jadu kobry i sprawdziliśmy, które komórki przeżyły, a które umarły.

Komórkom, które przeżyły, najwyraźniej brakowało tego, czego jad potrzebuje, aby nas zranić, dzięki czemu mogliśmy szybko zidentyfikować, jakie to były cechy.

Odkryliśmy, że różne jady kobry potrzebują określonych enzymów, aby zabić ludzkie komórki. Enzymy te są odpowiedzialne za wytwarzanie długich cząsteczek cukru zwanych heparyną i siarczanem heparyny.

Siarczan heparyny znajduje się na powierzchni komórek ludzkich i zwierzęcych. Siarczan heparyny jest uwalniany z naszych komórek, gdy nasz układ odpornościowy reaguje na zagrożenie.

Znaczenie tych cząsteczek intuicyjnie wydawało się logiczne. Jady węży ewoluowały wraz ze swoimi celami, a heparyna i heparyna zmieniły się bardzo niewiele w trakcie ewolucji. Jady te przejęły zatem coś wspólnego dla fizjologii zwierząt, aby spowodować szkody.

W jaki sposób przynęty heparyny zmniejszają uszkodzenia tkanek Heparyna jest stosowana jako lek rozrzedzający krew od prawie 100 lat.

Testowaliśmy ten lek na ludzkich komórkach, aby sprawdzić, czy zalanie układu wolną heparyną może być użyte jako przynęta dla jadu. Co ciekawe, zadziałało to i jady nie powodowały już śmierci komórek, nawet gdy heparyna została dodana do komórek po jadzie.

Przetestowaliśmy również heparynę przeciwko jadom daleko spokrewnionych azjatyckich kobr i miała ona taki sam efekt ochronny. Wykazaliśmy również, że wstrzyknięcie mniejszej syntetycznej wersji heparyny zwanej tinzaparyną może zmniejszyć uszkodzenia tkanek u myszy ze sztucznym „ukąszeniem węża”.

Aby dowiedzieć się, w jaki sposób heparyna blokuje jad, podzieliliśmy jad na jego główne składniki. Odkryliśmy, że heparyna hamuje „cytotoksyczne toksyny trzech palców”, które są główną przyczyną uszkodzeń tkanek. Do tej pory nie było znanych leków, które działałyby przeciwko tym toksynom.

Następnym krokiem będzie przetestowanie działania heparyny na ludziach.

Tańsze, bardziej dostępne leczenie ukąszeń węży Naszym celem jest stworzenie urządzenia do leczenia ukąszeń węży zawierającego leki podobne do heparyny, zwane heparynoidami, które byłyby podobne do wstrzykiwaczy adrenaliny EpiPen, często noszonych przez osoby narażone na poważne reakcje alergiczne. Urządzenia te mogłyby być dystrybuowane do osób, u których występuje wysokie ryzyko ukąszeń kobry.

Heparynoidy są już niedrogimi, niezbędnymi lekami stosowanymi w celu zapobiegania powstawaniu zakrzepów krwi. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków zatwierdziła je do samodzielnego podawania ludziom, co może skrócić czas potrzebny na długi proces wprowadzania leku na rynek. Heparynoidy są również stabilne w temperaturze pokojowej, co oznacza, że ​​leki mogą być bardziej dostępne w odległych regionach i dostarczane szybciej w terenie.

Inne badania potwierdziły również przydatność ponownego wykorzystania leków w leczeniu ukąszeń węży. Te kombinacje leków mogą zapowiadać nową erę leczenia jadu węża, która nie będzie polegać wyłącznie na kosztownych odtrutkach.

Nasze laboratorium wcześniej używało przesiewu CRISPR do badania jadu meduzy pudełkowej, a obecnie badamy inne jady bliżej nas, od muchówek po czarne węże. Nasza technika przesiewowa pozwala nam odkryć bogactwo informacji o jadzie.

To dopiero początek, ale odkrywamy, że wiele jadów opiera się na nakładających się celach, aby przyłączyć się do naszych komórek. Wszystkie te badania przyczyniają się do wznioślejszego celu, jakim jest stworzenie uniwersalnych i szeroko działających odtrutek na jad.