Stručný popis projektu
Napriek tomu, že štúdie s vakcínami proti COVID-19 sú v súčasnosti dobre rozpracované, stále existuje naliehavá potreba nájsť ďalšie terapeutické možnosti a to najmä s cieľom postihnúť komplikácie vyplývajúce z vírusovej infekcie, najmä dysregulovanú imunitnú odpoveď a systémové komplikácie spojené s progresiou COVID-19. Testovanie terapeutických možností je však značne obmedzené, pretože doposiaľ žiadny zvierací model plne nereprodukuje kľúčové znaky závažnej formy ochorenia COVID-19. Cieľom projektu je preto vyvinúť animálny model pre zlepšenie hodnotenia účinnosti liekov identifikovaných ako látky, ktoré majú potenciál pri liečbe COVID-19. Využijeme na to súčasné poznatky o tomto ochorení, ale hlavne nálezy získané zo vzoriek pacientov, ktorí umreli v priamej súvislosti s infekciou COVID-19. Na vyvinutom modeli otestujeme aktuálne najvhodnejšiu liečbu. CEM SAV má bohaté skúsenosti s vývojom a charakterizáciou nových modelov. Jeho vedeckí pracovníci patrili medzi prvých, ktorí navrhli a analyzovali model NO-deficitnej hypertenzie, ktorý sa úspešne využíva v laboratóriách na celom svete. Ústav patológie LFUK, má k dispozícii doteraz vzorky z 20-tich pacientov, ktorí umreli v súvislosti s ochorením COVID-19. Ich precízna analýza bude podstatným podkladom pre vývoj biomodelu COVID-19. LFUK a CEM SAV majú dlhoročnú úspešnú spoluprácu nielen v rámci spoločného pracoviska. V súčasnosti sa najúčinnejšími terapeutikami dôsledkov tohto ochorenia javia kortikosteroidy. Ich užívanie je však limitované výskytom nežiaducich účinkov, hlavne v prípade chronickej liečby vyššími dávkami lieku. Tieto limitácie sa dajú významne znížiť prostredníctvo vhodnej nanoenkapsulácie, ktorá zvýšením biodostupnosti liečiva umožňuje znížiť jeho dávku a negatívne efekty. Ústav experimentálnej fyziky SAV má bohaté skúsenosti s prípravou nanoenkapsulovaných liečiv a to aj v rámci spoločných projektov s CEM SAV.
Návrh projektu pozostáva zo štyroch aktivít, pričom prvá je venovaná modernizácii laboratórií a doplneniu prístrojového vybavenia v Dobrej Vode, kde budú prebiehať experimentálne práce. Druhá, riešená partnerom 1 (LFUK), zahŕňa hlavne histologicko-morfologické analýzy vzoriek. Tretia aktivita patrí prednostne CEM SAV a vývoju biomodelu ochorenia COVID-19, ako i testovaniu klasického a nanoenkapsulovaného liečiva. Poslednú štvrtú aktivitu bude riešiť partner 2 (ÚEF SAV) a je zameraná na nanoenkapsuláciu potenciálnych liečiv, predovšetkým kortikosteroidov.
Návrh projektu je založený na optimálnom zložení partnerov, dopĺňajúcej sa personálnej a infraštruktúrnej kapacite a vyváženej štruktúre požadovaných finančných prostriedkov. Projekt v priebehu riešenia poskytne kvalitné vedecké výstupy, definované formy v rámci ochrany duševného vlastníctva na medzinárodnej úrovni, ako i nové pracovné miesta. Všetci partneri zároveň zabezpečia pokračovanie a finančnú samostatnosť predloženého návrhu projektu.
Popis východiskovej situácie
Animálne modely sú stále nevyhnutné pre identifikáciu kľúčových molekulových mechanizmov a patofyziologických prejavov chorôb, ako i pre analýzu najvhodnejšej intervencie pre liečbu a zníženie dôsledkov patofyziologických stavov. Ich využitie má opodstatnenie pre dôsledné preukázanie účinnosti a bezpečnosti liečiv a získanie základných informácií o spôsobe ich podania, farmakokinetike a farmakodynamike. Každý modelový systém má však svoje obmedzenia a nevýhody, pravdepodobne preto doposiaľ žiadny zvierací model plne nereprodukuje všetky kľúčové znaky závažnej formy ochorenia COVID-19. Tento deficit v predklinickom modelovaní je veľmi závažný, pretože vakcíny nie sú zatiaľ široko dostupné a ich využitie bude sprevádzané viacerými limitáciami. Vznikla preto naliehavá potreba identifikovať potenciálnu liečbu pacientov, u ktorých sa už infekcia SARS ‐CoV ‐2 vyskytla a ktorým hrozí progresia do závažnej formy ochorenia COVID ‐19. Významným dôkazom účinnosti terapeutických intervencií na prevenciu alebo podporu ústupu závažnej formy COVID ‐19 bude zlepšenie klinicky relevantných koncových ukazovateľov v biomodeloch, ktoré sa v maximálnej miere približujú následkom ochorenia COVID-19.
V čase tvorby tohto projektového zámeru, t.j. k 24. septembru 2020, bolo potvrdených viac ako 32 100 000 nakazených ochorením COVID-19 vo viac ako 180 krajinách alebo regiónoch, najviac postihnuté sú USA, India, Brazília a Rusko. Počet uzdravených je viac ako 23 700 000, počet obetí je viac ako 982 000. Na Slovensku je k tomuto dňu 7 629 nakazených. Klinické príznaky ochorenia COVID‐19 sa pohybujú od miernych po kritické, pričom jedinci s miernym ochorením nemusia vykazovať žiadne príznaky až mierny zápal pľúc. Pre závažné ochorenie je charakteristický stredne ťažký až ťažký zápal pľúc. Kritická forma ochorenia COVID ‐19 zahŕňa diagnostiku syndrómu akútnej respiračnej tiesne (ARDS), septického šoku a zlyhania viacerých orgánov. Rizikové faktory vrátane pokročilého veku, mužského pohlavia, obezity, cukrovky a imunodeficiencie predisponujú k rozvoju závažnej alebo kritickej formy COVID ‐19.
Histologická analýza, povrchová vizuálna kontrola a rádiologické zobrazovania boli prevládajúcimi prístupmi používanými na hodnotenie vývoja zápalu a poškodenie pľúc po experimentálnej infekcii SARS ‐CoV ‐2. Avšak tieto patologické pozorovania boli doteraz dokumentované iba u niektorých zvierat, ktoré boli predmetom experimentálnych sledovaní. Je to pravdepodobne spôsobené zameraním štúdií na včasnú vírusovú infekciu a jej prenos. Pre dôsledné štúdie účinnosti liečiv je však dôležité, aby sa klinické príznaky relevantné z hľadiska ochorenia merali takým spôsobom, aby bolo možné štatisticky určiť účinky potenciálnych terapeutík na dôsledky ochorenia COVID-19. Práve preto je dôležité vyvinúť relevantný biomodel pre sledovanie dôsledkov ochorenia COVID-19. Doterajšie štúdie pre in vivosledovanie infekcie COVID-19 boli opísané na makakoch, mačkách, fretkách, škrečkoch a transgénnych myšiach, ktoré exprimujú ľudský angiotenzín I konvertujúci enzým 2 (ACE2). Tieto modely sú úspešne využívané pre štúdie transmisie a imunity, ale len čiastočne modelujú mechanizmy zapojené do následkov COVID-19. Navyše, mnohé laboratória pre svoje testovania využívajú prednostne potkaní model, ktorý nevyžaduje náročnosť zariadení pre väčšie zvieratá a oproti myšiam sa vyznačuje lepším prispôsobením pre modelovanie ľudských chorôb odhliadnuc od transgénnych myší. Napriek tomu, že doteraz neexistuje relevantný potkaní model pre sledovanie dôsledkov závažnej formy COVID-19, existuje pomerne dobrá báza modelov, vrátane spontánne hypertenzívnych, obéznych, diabetických, alebo imunodeficitných, u ktorých vhodná intervencia môže vyvolať poškodenie pľúc podobné ARDS. Vývoj potkanieho modelu pre sledovanie dôsledkov ochorenia COVID-19 by priniesol nové možnosti sledovania liečiv a látok, ktoré majú potenciál pre liečbe COVID-19. V súčasnosti najpoužívanejším liekom pre zmiernenie rozsahu, hlavne zápalu, v dôsledku ochorenia COVID-19 sa používajú kortikosteroidy. Ich užívanie je však limitované výskytom nežiaducich účinkov, hlavne v prípade chronickej liečby vyššími dávkami lieku. Tieto limitácie sa dajú významne znížiť prostredníctvo vhodnej nanoenkapsulácie, ktorá zvýšením biodostupnosti liečiva umožňuje znížiť jeho dávku a negatívne efekty. Nanoenkapsulácia kortikosteroidov by priniesla širšie možnosti ich využitia pri liečbe dôsledkov COVID-19. Návrh projektu je preto priamo v súlade so znením výzvy: „Výzva na predkladanie žiadostí o poskytnutie nenávratného finančného príspevku na podporu mobilizácie a využitia potenciálu výskumných inštitúcií pri boji proti pandémii vyvolanej ochorením COVID-19 a znižovaní negatívnych následkov pandémie“.
Súlad obsahového zamerania aktivít projektu s doménami inteligentnej špecializácie RIS3 SK, politikami RIS3 SK a Implementačným plánom pre RIS3 SK
Cieľom projektu je vývoj biomodelu pre sledovanie následkov ochorenia COVID-19 a prezlepšenie hodnotenia účinnosti liekov identifikovaných ako látky, ktoré majú potenciál pri liečbe COVID-19.Je preto v priamom súlade s filozofiou Domény D4 /zdravie obyvateľstva a zdravotnícke technológie. Všetky výskumné aktivity projektu smerujú do oblasti „Zdravotníctvo“ Q86 „Ostatný výskum a experimentálny vývoj v oblasti prírodných a technických vied“ kód NACE 7219 a do oblasti „Výroba základných farmaceutických výrobkov a farmaceutických prípravkov“.
V rámci projektu nie je partner z priemyslu, dochádza však k prepojeniu výskumných inštitúcií SAV a univerzity (LFUK). Projekt môže zároveň prispieť k významnému prepojeniu a rozvoja výskumu v regiónoch Slovenska. Projekt má navyše potenciál prepojiť vedeckú a podnikateľskú činnosť, nakoľko v krátkom časovom horizonte sa uvažuje vytvorení start up, alebo spin off spoločnosti v Dobrej Vode.
Realizácia projektu a vývoj vhodného biomodelu môže viesť k významnému rozvoju ďalšej medzinárodnej spolupráce, a to nielen cez využívania poznatkov získaných pri vytváraní modelu, ale i cez stimuláciu prípravy spoločných medzinárodných projektov zameraných na výskum COVID-19 s využívaním pripravených biomodelov.
Pandémia COVID-19 je závažný socio-ekonomický problém. Vypracovanie vhodného neinfekčného experimentálneho modelu (modelov) tohto ochorenia by umožnilo rýchle a bezpečné testovanie nových liečiv a tým by prispelo k zlepšeniu zdravotnej situácie ekonomicky aktívneho obyvateľstva a záchrane životov najohrozenejších skupín. Prispelo by aj k rýchlejšiemu návratu chorých do pracovného procesu po ich rýchlejšom vyliečení resp. vďaka prevencii progresie ochorenia do závažných stavov.
V rámci projektu sa predpokladá podanie patentov na medzinárodnej úrovni, napr. patentovanie samotného biomodelu COVID-19, alebo nanoenkapsulovaných liečiv.
Miera originálnosti a inovatívnosti predkladaného projektu
Podľa našich súčasných vedomostí doposiaľ neexistuje relevantný model predispozície a dôsledkov ochorenia COVID-19. Doterajšie štúdie pre in vivosledovanie infekcie COVID-19 boli opísané na makakoch, mačkách, fretkách, škrečkoch a transgénnych myšiach, ktoré exprimujú ľudský angiotenzín I konvertujúci enzým 2 (ACE2). Tieto biomodely sú úspešne využívané pre štúdie transmisie a imunity, ale len čiastočne modelujú mechanizmy zapojené do následkov COVID-19. Potkaní model zatiaľ absentuje, ale práve tento model je najviac využívaný laboratóriami pre testovanie priebehu chorôb i účinnosti liečiv. Ambíciou projektu je vyvinúť originálny potkaní model dôsledkov ochorenia COVID-19, ktorého využitie ďaleko presiahne hranice slovenských laboratórií.
Rovnako originálny je prístup zvolený pre vývoj potkanieho modelu pre sledovanie dôsledkov COVID-19. Pre tento účel využijeme analýzu vzoriek pacientov, ktorí umreli v priamej súvislosti s COVID-19. Aktivity projektu sa sústreďujú nielen na identifikáciu príčin smrti pacientov, ale hlbšie budú študovať mechanizmy ktoré u konkrétnych pacientov viedli k závažným komplikáciám vedúcim k úmrtiu. Naše poznatky ukazujú, že príčinou úmrtia sú práve závažné komplikácie, ktoré vznikajú v súvislosti s infekciou. Tieto komplikácie, ale nie sú výhradné pre infekciu SARS-CoV-2 a aj keď ide o ich originálnu kombináciu v prípade tohto ochorenia, je ich možné ich pozorovať aj za iných situácií. Veríme, že práve identifikácia týchto patofyziologických mechanizmov v korelácii na úrovni histo-morfologických zmien nám umožnia upraviť vhodné animálne modely k štúdiu možnosti terapie komplikácií choroby COVID-19. Opísanie animálnych modelov komplikácií choroby bez nutnosti infikovania zvierat vírusom a z toho vyplývajúcej nutnosti použiť špeciálne laboratórne vybavenie umožní študovať komplikácie aj liečbu vo väčšine výskumných centier a nebude limitovaná len na centrá s možnosťou štúdia vírusu SARS-CoV-2.
Originálny a inovatívny je aj prístup k testovanie liečiva na vyvinutom biomodeli. V súčasnosti sa najúčinnejšími terapeutikami dôsledkov tohto ochorenia javia kortikosteroidy. Ich užívanie je však limitované výskytom nežiaducich účinkov, hlavne v prípade chronickej liečby vyššími dávkami lieku. Tieto limitácie sa dajú významne znížiť prostredníctvo vhodnej nanoenkapsulácie, ktorá zvýšením biodostupnosti liečiva umožňuje znížiť jeho dávku a negatívne efekty. Nanoenkapsulácia kortikosteroidov by priniesla širšie možnosti ich využitia pri liečbe dôsledkov ochorenia COVID-19. Originalita projektu spočíva aj v analýze dôsledkov podania rekombinantného spike proteínu Wistar Kyoto potkonam a sledovanie ich humorálnych imunitných reakcií, ktoré sú špecifické pre COVID-19. Navyše je naplánované aj podanie nanoenkapsulovanej formy tohto proteínu.