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以身试毒 功在人类

2016/05/30 来源:中国科学报
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导读
1976年,在一个美国政府小组的要求下,马里兰大学医学院Myron “Mike”Levine开始有意给人体注射霍乱弧菌。现在,他仍在这样做。


NIH研究人员在给参与者感染流感病毒。图片来源: CHARLES DHARAPAK

逗号状的霍乱弧菌能污染水和食物,快速杀死感染者。胃酸能消灭数十亿细菌,但如果你吞下1000个霍乱弧菌,其中一些能幸存下来,游入小肠。在这里,这些侵略者将释放出酶,穿透上皮细胞表面厚厚的黏液层。之后,霍乱弧菌将附着在上皮细胞上,并开始分裂,建立起有毒的细菌群落。这时,死亡的钟声敲响了。

在霍乱毒素的刺激下,肠道将流出液体,感染者开始忽冷忽热、呕吐和腹泻。重症患者每小时能排泄1升水样粪便,体液和电解质迅速丧失,并在半天内死亡。

1976年,在一个美国政府小组的要求下,马里兰大学医学院Myron “Mike”Levine开始有意给人体注射霍乱弧菌。现在,他仍在这样做。

当时,Levine的项目是所谓的人类挑战研究(主动感染霍乱弧菌和其他病原体以测试药品和疫苗)的一个组成部分,但经过40年发展,该项目“已经成为主流”。

严格的安全程序和削弱病毒的新方法,降低了人类挑战实验的风险,促使企业、大学和政府研究人员寻找新的挑战项目,以便为疾病和疗法研究提供强大“武器”。现在,人们正在主动感染疟疾、流感、志贺氏杆菌、登革热、诺瓦克病毒、肺结核、鼻病毒、埃希氏杆菌、伤寒、梨形鞭毛虫和弯曲杆菌。

不过,风险仍显而易见:如果感染上这些疾病,健康参与者会受到伤害,并可能生病。但越来越多研究人员表示,如果做得对,获得的收益也令人兴奋。一般,药物标准研发路径成本高昂,需要在数百参与者身上研究药物安全性、剂量和生物学响应。而人类挑战研究只需要数十位自愿者,大大节省了时间和金钱。拥护者还指出,有意感染试验能快速有效地标识潜在副作用。

“你不可能通过一个1亿美元的研究,弄清所有候选疫苗的安全和有效性。”亚特兰大埃默里大学疫苗中心主任、分子病毒学家Mark Mulligan说。他正在进行针对诺瓦克病毒和肺结核的挑战实验。

人们能从挑战实验中获得的东西远不止药物和疫苗。埃默里大学Christine Moe发现,与排泄物相比,呕吐物更易传播诺瓦克病毒。“有时人类挑战实验是回答关键问题的唯一方法。”她说。

曲折过去

人类挑战实验能追溯到18世纪。当时,英国医生Edward Jenner提出使用无害牛痘感染人体,以产生天花抗体。Jenner将取自挤奶女工身上的牛痘注射入8岁男孩James Phipps体内,然后反复用天花病毒感染他。结果,Phipps未感染天花。之后,Jenner报告称,其他6000个接受疫苗的人,“绝大部分”产生了天花抗体。

但目前,人们主动感染有损伤甚至致命疾病将无法通过伦理审查。但20世纪初,主动感染被视为研究前沿:奥地利精神病学家Julius Wagner-Jauregg获得1927年诺贝尔生理学或医学奖,他将疟疾患者血液注射入神经梅毒感染者体内,以治疗他们的神经错乱和麻痹。

而且,许多研究人员主动感染病原体,分析其实验药物或理论的有效性。其中一些人不幸身亡。

上世纪40年代,芝加哥大学和美国陆军合作进行挑战研究,在400名伊利诺伊州罪犯身上检验疟疾药物。但1976年,保护生物医学和行为研究人类受试者国家委员会要求停止利用囚犯进行挑战研究。

但监狱之外的此类研究仍在继续。1974年,美国国立过敏与传染病研究所(NIAID)为马里兰大学提供50万美元,筹建新疫苗研究中心。该中心从大学和教会招募志愿者,进行流感自愿感染研究。志愿者每天获得20美元奖金,并签署了风险告知书。

两年后,在NIAID的要求下,该中心增加了霍乱弧菌实验。“一个大问题是:‘有人愿意参加吗?’”时任该中心主任的Levine回忆道。该中心克服困难最终进行了霍乱挑战实验,该研究不仅研发了一种候选疫苗、更好地理解了有效的免疫响应,更为一种霍乱疫苗不同作用机理找到有力证据。之后,美国食品药品监督管路局(FDA)批准了主要基于Levine团队研究的疫苗上市。

现代志愿者

随后10年间,Levine团队开始了伤寒杆菌、大肠杆菌和轮状病毒的人主动感染实验。无独有偶,英国索尔兹伯里医学研究委员会也成立了流感研究机构,进行大规模人类挑战实验。

1985年,美国沃尔特-里德陆军研究所(WRAIR)Ripley Ballou及同事开始了疟疾主动感染实验。该项目倡议降低疟疾感染实验的风险,并提高效率,为之后的研究铺平了道路。

目前担任英国葛兰素史克公司美国疫苗开发和生产主管的Ballou带领研究组喂养了一些蚊子,并将感染疟原虫的人的血液喂给它们。他和另外5个同事各自使用了一种候选疫苗,然后让被感染的蚊子叮咬自己。“我得了疟疾,感觉从来没这么糟过。”Ballou说,尽管立即接受治疗,“但它仍为我留下深刻印象,于是我立志要消灭这种疾病”。

Ballou提到,在WRAIR的第一个疫苗实验中,所有参与者都是他的朋友,而且受到感染后他们回到了自己家中。现在,WRAIR开始招募平民,而且要在宾馆集中待10天,接受定期检查。

另外,技术进步也让实验更安全:与普通显微镜相比,聚合酶链式反应能检测出极少量的寄生DNA,并提早两天诊断出感染情况,如果志愿者立刻接受治疗,他们可能几乎没有任何症状。

这些研究取得了惊人成绩。“我们废弃了一整组疫苗。”Ballou说。他们研发出了迄今为止被证明有效的唯一的疟疾疫苗——葛兰素史克公司的RTS,S。

开始复兴

不过,此类实验目前面临更严格的审查。上世纪90年代中期,FDA要求研究人员在进行挑战实验前,需要递交试验性新药申请。

但流感主动感染研究似乎迎来了春天。上世纪八九十年代,弗吉尼亚大学医学院的Frederick Hayden指导进行了流感挑战研究,加速了达菲和瑞乐沙(预防及治疗流行性感冒药物)的研发。

但2000年该挑战研究被迫中止。当时Hayden研究的一个参与者经历了FDA所谓的“不良事件”。一个21岁的参与者在感染流感并使用了药物后出现心脏异常。“经历了数个不眠之夜,我仍然不知道引发这一问题的原因是什么。”Hayden说。

于是,NIAID的Matthew Memoli计划在2011年启动的新流感挑战实验面临着不小的障碍。国立卫生研究院(NIH)的伦理部门被要求对其申请进行正式审查,这让Memoli及同事忧心不已。“我们走了很多程序。”Memoli说。

此外,研究人员精挑细选了志愿者。Memoli表示,他们的年龄必须低于45岁,并进行了心电图等各种检查。该研究小组还与FDA合作,在良好操作规程下培养了菌株,并精确计算了剂量。

在实验中,研究人员用雾化器将病毒扩散到参与者的鼻腔中,这些病毒能导致上呼吸道感染,但不会影响肺部。参与者在医院隔离了9天。“200位参与者没有出现严重并发症。最糟糕的情况是,一个参与者偷偷溜出去洗澡了。” Memoli说。

另外,WRAIR和NIH在2011年召开了研讨会,讨论将人类挑战研究重新引入登革热研究。Durbin等数位与会者认为,此类研究将能更安全,也将加速登革热药物研发。

2013年,Durbin和同事开始了登革热挑战研究。研究人员混合了4种毒性弱化的登革热病毒毒株,研制出一种名为TV003的减毒活疫苗,并利用人体感染模型开展随机对照试验。在试验中,41名健康志愿者分成两组接受单次注射的疫苗或安慰剂,6个月后再用一种毒性弱化的登革热病毒感染他们,这种弱毒性病毒不会造成生命危险。

研究人员于今年3月16日在《科学—转化医学》期刊上报告称,安慰剂组有20人出现了如皮疹和白细胞计数低下等轻微症状,但疫苗组所有21人都没有出现这些症状,获得完全的保护。

不过,Levine强调,人类挑战研究模型存在限制。“第一个问题是,‘我愿意让自己的孩子、兄妹或配偶参与实验吗’?”Levine说,“如果答案是‘不’,我们就不能进行。”

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