UvA-DARE (Digital Academic Repository) New technologies for the control of influenza Koudstaal, W. Link to publication

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) New technologies for the control of influenza Koudstaal, W. Link to publication Citation for published version (APA): Koudstaal, W. (2010). New technologies for the control of influenza s.l.. General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 13 jan. 2017

2

3 De huidige pandemie, veroorzaakt door een van varkens afkomstige variant van het griepvirus, en de angst voor een pandemische uitbraak veroorzaakt door een vogelgriepvirus van de laatste jaren, hebben geleid tot brede bewustwording van het gevaar dat griepvirussen vormen voor de volksgezondheid. Wellicht minder bekend is het feit dat wereldwijd jaarlijks ongeveer een half miljoen mensen overlijden als gevolg van normale griepepidemieën. Griep wordt voornamelijk veroorzaakt door influenza A en influenza B virussen. Terwijl de laatste nagenoeg alleen in mensen voorkomt, zijn influenza A virussen gevonden in vele soorten waaronder mensen, varkens, paarden, nertsen, zeezoogdieren en vogels. In feite zijn niet mensen, maar watervogels zoals eenden en ganzen de primaire gastheer van influenza A virussen. Deze worden verder geclassificeerd op basis van twee eiwitten aan de oppervlakte van het virusdeeltje, hemagglutinine (HA) en neuraminidase (NA), waarvan respectivelijk 16 en 9 verschillende subtypen bestaan. De specifieke eigenschappen van een virusdeeltje worden echter door de combinatie van al zijn 11 eiwitten bepaald. Omdat het genetisch materiaal dat codeert voor deze 11 eiwitten uit 8 losse segmenten bestaat die in allerlei combinaties kunnen voorkomen circuleert er een duizelingwekkende verscheidenheid aan griepvirussen in watervogels. Hoewel griepvirussen overwegend gastheerspecifiek zijn, wat wil zeggen dat bijvoorbeeld vogelgriepvirussen vooral vogels, en varkensgriepvirussen vooral varkens infecteren, komt het voor dat griepvarianten van een dier overspringen naar de mens. Wanneer zo n virus niet herkend wordt door het immuunsysteem van een groot deel van de wereldbevolking, omdat nooit eerder (of slechts lang geleden) een virus met deze oppervlakte eiwitten in mensen heeft gecirculeerd, kan een pandemie onstaan, tenminste als het virus makkelijk van mens op mens overgedragen kan worden. In de vorige eeuw zijn er vier pandemieën geweest waarvan de Spaanse griep in 1918 met zo n 50 miljoen slachtoffers de hevigste was. Het subtype H1N1 virus dat deze pandemie veroorzaakte was waarschijnlijk helemaal een vogelgriepvirus, terwijl de Azië griep in 1957 en Hong Kong griep in 1968 werden veroorzaakt door respectievelijk subtype H2N2 en H3N2 virussen die een combinatie waren van humane en vogelgriepvirussen. De vierde pandemie, de Russische griep in 1977, werd veroorzaakt door het plotseling opnieuw, waarschijnlijk vanuit een laboratorium, opduiken van het H1N1 subtype dat sinds 1918 in mensen had gecirculeerd tot het in 1957 verdween met het verschijnen van het pandemische H2N2 subtype. Op hun beurt verdwenen afstammelingen van dit subtype met het verschijnen van het pandemische H3N2 Hong Kong griep virus in Als gevolg hiervan circuleren, naast influenza B virussen, momenteel influenza A virussen van subtype H1N1 en H3N2 in mensen. De jaarlijkse griepepidemieën die veroorzaakt worden door deze virussen zijn het gevolg van het feit dat influenza virussen de fouten in het genetische materiaal die spontaan optreden bij iedere vermeerdering niet kunnen herstellen. Wanneer zulke fouten leiden tot veranderingen in de oppervlakte eiwitten HA en NA kan het virus deels ontsnappen 104

4 aan herkenning door antilichamen geïnduceerd door eerdere infectie met, of vaccinatie tegen, een nauw verwante virusstam. Dit verklaart ook waarom het Mexicaanse varkensgriepvirus, ondanks het feit dat het van het H1N1 subtype is en net als de humane H1N1 virussen uiteindelijk afstamt van het virus dat de Spaanse griep veroorzaakte, een pandemie heeft kunnen veroorzaken: Door voortdurende evolutie in respectievelijk varkens en mensen wijken het varkensgriepvirus en de humane H1N1 virussen sterk van elkaar af. Afgezien van het feit dat influenza virussen, onder gunstige omstandigheden, via druppeltjes die onstaan bij niezen, hoesten en zelfs praten, gemakkelijk van mens op mens kunnen worden overgedragen, maken dus de snelle evolutie van deze virussen en de aanwezigheid van reservoirs van vele griepvarianten in dieren het voorkomen van ziekte en sterfte als gevolg van influenza infecties bijzonder ingewikkeld. Dit proefschrift richt zich op verschillende aspecten van het beheersen van influenza. De meest efficiënte manier om dat te doen is vaccinatie, maar vanwege de voortdurende veranderingen van influenza virussen is een vaccin alleen effectief als het goed matched met de virussen die op dat moment in de humane populatie circuleren. Een wereldwijd netwerk van laboratoria brengt daarom continu de eigenschappen uit patiënten geïsoleerde virussen in kaart en op basis van deze gegevens doet de Wereldgezond heidsorganisatie (WHO) twee keer per jaar (één keer voor het noordelijk, en één keer voor het zuidelijk halfrond) een aanbeveling over de samenstelling van het griepvaccin zodat dit de meest representatieve stam van elk circulerend subtype (H1N1, H3N2, en B) bevat. Voor het isoleren van griepvirussen uit patiëntenmateriaal werden aanvankelijk bevruchtte kippeneieren gebruikt, maar sinds de jaren 60 van de vorige eeuw worden veelal celculturen van met name een cellijn afkomstig van een hond, MDCK cellen, gebruikt. De reden hiervoor is dat het groeien van influenza virussen in eieren kan leiden tot de selectie van mutanten, en voor sommige varianten zelfs geheel onmogelijk is. De laatste jaren echter, gaat het groeien van klinisch representatieve influenza virussen in MDCK cellen steeds moeilijker, mogelijk als gevolg van hun voortdurende aanpassing aan de humane gastheer. In de literatuur is beschreven dat overexpressie van de humane receptor voor influenza virussen in deze MDCK cellijn ertoe leidt dat recente humane influenza virussen beter groeien. In hoofdstuk 2 hebben we onderzocht of hetzelfde geldt voor een van origine humane cellijn, PER.C6, en vonden dat hoewel virussen niet tot hogere titers repliceerden op zulke aangepaste PER.C6 cellen, deze wel gevoeliger zijn voor infectie zoals blijkt uit het feit dat productieve infecties in gang gezet kunnen worden met lagere inoculums. Momenteel worden er jaarlijks meer dan 300 miljoen doses influenza vaccins gemaakt waarvan de overgrote meerderheid bestaat uit intramusculair toe te dienen preparaten van de gezuiverde HA en NA eiwitten van de 3 door de WHO aanbevolen vaccinstammen. Deze worden veelal opgegroeid in bevruchtte kippeneieren waarna ze chemisch worden geïnactiveerd. Dezelfde redenen die het gebruik van eieren voor het isoleren van 105

5 influenza virussen bemoeilijken; het onvermogen van sommige humane griepvarianten om in eieren te repliceren en de introductie van mutaties, bemoeilijken ook het gebruik van eieren voor de productie van influenza vaccins. Daarnaast is het, aangezien voor de benodigde eieren grote aantallen kippen speciaal moeten worden gefokt, een langduring en inflexibel proces dat niet eenvoudig kan worden opgeschaald in geval van vaccintekorten of een pandemie Ook is het gevoelig voor microbiële contaminatie. Het gebruik van celculturen in plaats van eieren voor de productie van influenza vaccins omzeilt deze problemen en de ontwikkeling van verschillende cellijnen, waaronder MDCK, Vero en PER.C6 cellen, als platform voor dit doel wordt nagestreeft. De eerste op MDCK cellen geproduceerde vaccins zijn sinds kort in enkele landen verkrijgbaar. De toepasbaarheid van celculturen wordt nog verder verhoogd door de recente ontwikkeling van de reverse genetics technologie, die het mogelijk maakt om met moleculair biologische technieken influenza virussen met wenselijke eigenschappen te creeëren. Door technische en regulatoire eisen is het aantal cellijnen dat geschikt is voor deze techniek echter beperkt. In hoofdstuk 3 hebben we laten zien dat de PER.C6 cellijn uitermate geschikt is voor deze technologie en dat een vaccin gebaseerd op een op deze manier gemaakt virus effectief is en muizen beschermt tegen een normaal gesproken dodelijke influenza infectie. Hoewel het dus mogelijk is om influenza vaccins te maken zonder eieren te gebruiken, is het overgrote deel van de wereldwijde productiecapaciteit nu nog gebaseerd op de traditionele methode met behulp van eieren. De beperking dat alleen vaccins gemaakt kunnen worden van isolaten die op eieren kunnen groeien leidt ertoe dat soms niet de meest representatieve variant van de circulerende stam in het vaccin kan worden opgenomen. In hoofstuk 4 hebben we laten zien dat het middels de reverse genetics technologie mogelijk is om een recombinant virus te maken dat goed groeit in zowel celcultuur als in eieren terwijl het de antigene eigenschappen heeft van een virus dat zelf niet in eieren groeide. Op deze manier kunnen dus vaccins gemaakt worden die beter matchen met de circulerende stammen. De snelle evolutie van influenza virussen bemoeilijkt niet alleen het voorkomen van ziekte door middel van vaccinatie, maar ook de behandeling daarvan. Momenteel zijn er twee soorten antivirale drugs beschikbaar: M2 inhibitoren (amantadine en rimantadine) en NA inhibitoren (oseltamivir en zanamivir). Helaas worden de eersten geassocieerd met toxiciteit; het snel ontstaan van resistentie, en zijn ze niet werkzaam tegen influenza B virussen. In vergelijking met de M2 inhibitoren zijn de NA inhibitoren weinig toxisch en leidt hun gebruik minder snel tot het onstaan van resistente virusstammen. Toch blijken, anders dan lang werd gedacht, oseltamivir resistente virussen niet noodzakelijkerwijs verminderd infectieus te zijn en neemt hun aantal snel toe. Het hiermee samenhangende toegenomen gebruik van zanamivir zal mogelijk ook tot resistentie tegen dit middel leiden. Er is dus een dringende behoefte aan nieuwe middelen voor de behandeling en preventie van influenza infectie. Recent is een klasse van humane monoclonale 106

6 antilichamen ontdekt die een breed spectrum van influenza subtypen herkennen en onschadelijk maken en die mogelijk in de toekomst gebruikt kunnen worden als immunotherapie. In hoofdstuk 5 hebben we de prophylactische en therapeutische effectiveit van één van deze antistoffen, CR6261, vergeleken met die van de meest gebruikte antivirale drug oseltamivir (bekend onder de merknaam Tamiflu) en laten zien dat één enkele toediening van CR6261 in beide toepassingen effectiever is dan een vijfdaagse behandeling met oseltamivir in lethale muismodellen voor influenza. In hoofdstuk 6 hebben we vervolgens de effectiviteit van CR6261 bestudeerd in een lethaal frettenmodel voor influenza. De fret wordt algemeen beschouwd als een erg goed model voor influenza in mensen omdat het verloop van infectie en de ziektsymptomen in deze dieren sterk lijken op die in mensen. Prophylactische behandeling met CR6261 bleek mortaliteit en gewichtsverlies, een belangrijke indicatie voor ziekte, volledig te voorkomen. Verder reduceerde het de hoeveelheid infectieuze virusdeeltjes in de longen en bovenste luchtwegen dramatisch en werd longpathologie grotendeels voorkomen. Wanneer CR6261 één dag na infectie werd toegediend werd sterfte nog altijd volledig voorkomen en was het ziekteverloop milder, zoals bleek uit verminderd gewichtsverlies, minder koorts, gereduceerde hoeveelheden virusdeeltjes in de longen en bovenste luchtwegen en minder schade aan de longen. Gezamenlijk rechtvaardigen deze resultaten verdere (pre-)klinische evaluatie van antilichaam CR6261 voor de behandeling van griep. 107