Eche un vistazo al interior de una instalación de bioseguridad de nivel 3 en Tufts

El exterior del Laboratorio Regional de Bioseguridad en la Facultad de Medicina Veterinaria Cummings de la Universidad de Tufts. Foto: Joanie Tobin / Universidad Tufts

El Laboratorio Regional de Bioseguridad de la Facultad de Medicina Veterinaria de Cummings está a la vanguardia en la investigación de enfermedades infecciosas y en su control.

Escondido en una calle tranquila cerca de la Escuela de Medicina Veterinaria de Cummings en la Universidad de Tufts se encuentra un edificio de ladrillo estoico, rodeado por una cerca de hierro forjado. El exterior sin pretensiones desmiente la investigación crítica que se lleva a cabo dentro del Laboratorio Regional de Bioseguridad (RBL) de Nueva Inglaterra, una instalación de bioseguridad de nivel tres en Grafton que permite la investigación de microorganismos altamente contagiosos de manera segura.

Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) seleccionaron la Universidad de Tufts como uno de los 12 sitios en los Estados Unidos para albergar uno de estos laboratorios especiales, que fueron ordenados por el Congreso después de los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001. La intención original era que los laboratorios se centren en responder al bioterrorismo, como los ataques con ántrax que ocurrieron ese mismo año. Sin embargo, muchos de los laboratorios han evolucionado desde entonces para investigar enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes.

"Los NIH tuvieron una previsión considerable al poner estos laboratorios, porque ahora están en la primera línea de la respuesta de nuestro país a la pandemia de COVID-19", dijo Sam Telford III, profesor del Departamento de Enfermedades Infecciosas y Salud Global. (IDGH) en la Escuela de Medicina Veterinaria de Cummings y director de la RBL.

Telford fue uno de los muchos miembros de la facultad de Tufts que contribuyeron a la propuesta de 200 páginas al NIH solicitando que se le otorgue a Tufts una instalación. El proyecto fue encabezado por Saul Tzipori, profesor distinguido y presidente de la Universidad Agnes Varis en Ciencia y Sociedad en la Escuela de Medicina Veterinaria de Cummings. El esfuerzo inicial comenzó en 2003, cuando Tzipori recibió una subvención de $25 millones del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas para desarrollar una cartera de contramedidas de biodefensa, trabajo que requeriría una instalación de bioseguridad de nivel tres (BSL-3), que Tufts no tenía. En el momento. Esta oportunidad de financiamiento ofreció un incentivo para que la universidad permitiera que Tzipori solicitara la instalación.

Algunas de las personas en esta foto de archivo, de izquierda a derecha: el congresista Richard Neal, Michael Kurilla del NIH, Saul Tzipori, director ejecutivo del Centro de Ciencias de la Vida de Massachusetts Susan Windham-Bannister, el representante George Peterson, el senador estatal Michael Moore, el decano emérito de la Escuela Cummings Deborah Kochevar y el presidente emérito de Tufts, Lawrence Bacow. Foto: Cortesía de Saúl Tzipori

El NIH finalmente proporcionó aproximadamente el 75% del costo total de construcción de $ 32 millones, con los fondos de contrapartida requeridos proporcionados por la Mancomunidad de Massachusetts a través de una subvención del Centro de Ciencias de la Vida de Massachusetts de $ 9,5 millones. Tufts University reservó $7 millones de fondos universitarios en una dotación para compensar parcialmente los costos operativos anuales. En los últimos dos años, la Escuela Cummings recibió más de $7 millones en subvenciones de los NIH para mejoras de infraestructura para actualizar las capacidades tecnológicas y científicas de las instalaciones. Esta afluencia de fondos aseguró que los sistemas de construcción críticos funcionen de manera segura y sean sostenibles durante los próximos 10 años.

Tzipori, quien dedicó su carrera a la investigación de enfermedades infecciosas, fue el primer director de la RBL y renunció en 2016. Guarda una pala de la ceremonia de inauguración de la RBL en su oficina.

"Se necesitó una pandemia, pero finalmente estamos viendo que el RBL está a la altura de su potencial como un bullicioso centro de investigación de enfermedades infecciosas de vanguardia centrado en la salud de humanos y animales por igual", dijo Tzipori. "Es un sueño profesional hecho realidad. Durante los próximos años, la RBL permitirá que la Escuela Cummings y la Universidad Tufts sean un lugar seguro para que los investigadores avancen en los esfuerzos de investigación sobre enfermedades que afectan a millones de personas en todo el mundo".

Los niveles de bioseguridad (BSL) se refieren a prácticas y procedimientos de laboratorio, mientras que los grupos de riesgo se refieren a los microbios utilizados en la investigación. Si bien la mayoría de los grupos de riesgo coinciden con el nivel de bioseguridad, no siempre es así.

BSL-1: Los microbios utilizados a este nivel presentan un riesgo mínimo para el personal de laboratorio y, por lo general, no causan enfermedades en adultos sanos. A menudo hay tratamientos o vacunas disponibles para estos microbios, que incluyen algunas cepas de E. coli. Los investigadores pueden trabajar con estos en una mesa o mesa de laboratorio abierta mientras usan EPP de laboratorio estándar, como guantes y batas de laboratorio.

BSL-2: Los microorganismos utilizados a este nivel presentan un riesgo moderado de infección para los investigadores, pero a menudo son difíciles de contraer a través del aire, como la Salmonella o el VIH. Los investigadores deben usar equipo de protección personal (EPP) como guantes, protección facial y/u ocular y bata. El trabajo generalmente se lleva a cabo en un gabinete de bioseguridad que recolecta y filtra el aire para evitar el escape de los organismos al medio ambiente.

BSL-3 : Los microbios utilizados a este nivel pueden causar enfermedades graves o posiblemente mortales a través de la transmisión respiratoria, pero generalmente hay vacunas y tratamientos disponibles para muchos organismos del grupo de riesgo tres. Los ejemplos incluyen SARS-CoV-2, Mycobacterium tuberculosis y encefalitis equina del este (EEE). El trabajo debe realizarse en una cabina de bioseguridad. Los investigadores a menudo usan un traje completo Tyvek, además de botines desechables, varios pares de guantes y un respirador N95 o, a veces, un respirador purificador de aire motorizado (PAPR), que filtra el aire para evitar que entren organismos infecciosos.

BSL-4está reservado para los más peligrosos y microbios exóticos que tienen un alto riesgo de transmisión por el aire y no tienen vacunas ni tratamientos disponibles, como el virus del Ébola. Este trabajo no se lleva a cabo en el RBL ni en ningún otro laboratorio de Tufts.

No siempre fue un centro de actividad. Cuando se propuso por primera vez la RBL, algunas personas de la comunidad cuestionaron si tal instalación era segura. En conversaciones con los residentes locales, el cuerpo docente de la Escuela Cummings explicó que la RBL se usaría para investigar bacterias o virus que ya podrían tener en sus patios traseros, como el virus del Nilo Occidental o la encefalitis equina del este (EEE). Eso ayudó a mitigar sus preocupaciones, la instalación se completó en 2010 y la investigación inicial con el virus del Nilo Occidental y EEE ayudó a demostrar a la comunidad que el laboratorio es seguro.

Hoy, el RBL está lleno de científicos de la Escuela Cummings y de empresas externas que alquilan espacio de laboratorio en las instalaciones. Las empresas son importantes organizaciones de investigación que participan en una variedad de actividades, incluidas las relacionadas con el SARS-CoV-2.

El edificio tiene acceso limitado y las reglas federales de seguridad también limitan la fotografía en el interior. Pero los investigadores están felices de hablar sobre su trabajo. Desde la investigación de vanguardia de COVID-19 hasta la investigación de una vacuna para la tuberculosis, aquí hay un vistazo de lo que sucede a puertas cerradas en el RBL.

Todo el trabajo con agentes infecciosos vivos se realiza en una cabina de bioseguridad diseñada para contener el virus o bacteria en ese espacio. Los espacios de laboratorio BSL-3 están bajo presión de aire negativa en relación con los pasillos, y los sensores de presión alimentan datos continuamente a un sistema de automatización de edificios. Las alarmas se activan si hay algún problema con la presión de aire negativa, momento en el que se detiene el trabajo y el problema se identifica y resuelve rápidamente.

"Trabajar en condiciones BSL-3 es restrictivo y requiere mucha mano de obra", dijo Wendy Puryear, científica sénior y gerente del Runstadler Lab en RBL. "Idealmente, nos encargamos de la preparación o configuración no infecciosa, si es posible, en un área de nivel de bioseguridad más bajo, que es un espacio físicamente más cómodo".

En los espacios de nivel tres de la RBL, los investigadores se ponen batas y usan un overol Tyvek completo sobre ellos, además de botines desechables, dos pares de guantes y un respirador N95 o, a veces, un respirador purificador de aire motorizado (PAPR), que filtraaire a través de un filtro HEPA para evitar que entren organismos infecciosos.

"Ahí es donde las cosas se ponen más incómodas. Los PAPR tienen paquetes de baterías que pueden ser un poco ruidosos, y hace bastante calor dentro del traje [Tyvek]. El aire que baja del PAPR te hace volar como el hombre de malvavisco que se mantiene levantado". Puryear se rió. "Pero tratamos de tolerarlo, porque para tomar un descanso, tendría que desinfectarse por completo antes de abandonar el espacio y luego volver a vestirse con todo el equipo para volver a entrar, lo cual requiere mucho tiempo".

"Tales esfuerzos valen la pena, porque los científicos de Tufts y las empresas externas que trabajan en el RBL se esfuerzan por desarrollar estrategias de tratamiento y prevención para enfermedades que continúan causando muertes en todo el mundo, y ese trabajo solo se puede realizar en BSL-3. espacios", dijo Jonathan Runstadler, profesor y presidente del Departamento de IDGH en la Escuela Cummings.

Todo el EPP cuelga de una pared en la antesala, un área de apoyo de paso con fregadero y contenedores para objetos personales, que no pueden ingresar al laboratorio BSL-3. Foto: Cortesía de Wendy Puryear

Los espacios del nivel tres en Tufts tienen un área de apoyo de paso conocida como antesala, muy similar a las salas de cirugía de los hospitales, con un fregadero y contenedores para objetos personales que no pueden ingresar al laboratorio BSL-3. Todo el EPI cuelga de una pared en la antesala; todos tienen su propio PAPR, ya que no se comparten. Una ventana de vidrio en la antesala permite la visibilidad del espacio del laboratorio. Cada laboratorio también tiene un autoclave de paso a través del cual salen los desechos del laboratorio para que los desechos se descontaminen antes de que abandonen el área.

"Este nivel de investigación requiere una amplia capacitación y se lleva a cabo con un cuidado exquisito por parte de profesores experimentados y otros científicos", dijo Bernard Arulanandam, vicerrector de investigación de Tufts. "La RBL posiciona a Tufts como una institución de investigación académica líder que realiza contribuciones significativas a la salud pública en general y al futuro de la investigación de enfermedades infecciosas".

Alrededor de 30 millones de personas en los EE. UU. contraen la gripe cada temporada de gripe. Pero la influenza no solo afecta a los humanos. Una cepa altamente patógena de influenza aviar está circulando actualmente entre las aves de América del Norte. Desde que llegó a finales de 2021, se ha atribuido a la muerte informada de más de 3000 aves silvestres y más de 50 millones de aves de corral en los EE. UU. También se ha atribuido a cantidades equivalentes de ambos en Europa. La investigación sobre la influenza de alta patogenicidad, un virus del grupo de riesgo tres, es uno de los proyectos más grandes en Runstadler Lab.

En el Runstadler Lab, el virus de la influenza se cultiva en huevos de gallina embrionados o en cultivos celulares. Foto: Cortesía de Wendy Puryear

"La RBL es un recurso invaluable que permite a Tufts and Cummings School realizar tipos únicos de investigación sobre enfermedades infecciosas", dijo Runstadler. "Nuestro laboratorio recolecta una gran cantidad de muestras de la vida silvestre, no solo de aves, sino también de focas en el noreste, que transmiten y transmiten los virus de la influenza. Traemos esas muestras a la RBL porque nos permite realizar nuestro trabajo con un nivel mejorado de bioseguridad y si aislamos un virus que es un problema de bioseguridad, ya estamos en contención y podemos lidiar con él de manera segura".

Runstadler y sus colegas, incluida la científica sénior y directora de laboratorio Wendy Puryear, analizan muestras de tejido o hisopos para detectar cualquier virus presente, secuencian los virus que encuentran y buscan diferencias entre las cepas de virus para determinar la capacidad de esos virus para infectar diferentes especies. o cambiar con el tiempo en sus anfitriones animales salvajes. Cultivan el virus de la influenza en huevos de pollo embrionados o cultivos celulares, que es la forma principal de amplificar y propagar muestras virales para la investigación sobre la influenza, dentro de una incubadora en su laboratorio.

Antes de la pandemia de COVID-19, gran parte del trabajo en Runstadler Lab estaba relacionado con la influenza, pero en 2020, su equipo amplió su trabajo a la investigación paralela con el SARS-CoV-2, que también es un virus del grupo de riesgo tres. Sin embargo, con el SARS-CoV-2, están estudiando la posibilidad de que el virus se traslade a los huéspedes de la vida silvestre, lo que podría convertirse en un reservorio de infección humana.

En la primavera de 2020, Tzipori estaba ansioso por que la Escuela Cummings estableciera modelos animales para la investigación del SARS-CoV-2 a fin de probar vacunas y terapias. La patóloga Amanda Martinot, profesora asistente en el Departamento de IDGH y el Departamento de Patobiología Comparada en la Escuela Cummings, fue una de las primeras en sumergirse cuando recibió una subvención rápida con colegas de la Escuela de Medicina de Harvard para analizar tejidos de estudios de vacunas COVID-19 en modelos animales

Durante el apogeo de la pandemia, Puryear dice que ella y otros miembros del laboratorio trabajaban con frecuencia de 12 a 16 horas al día, a menudo trabajando dentro del espacio del laboratorio BSL-3 durante 4 a 6 horas a la vez. Casi todos los días, procesaban muestras que ingresaban al laboratorio de una variedad de fuentes, incluida la Clínica de Vida Silvestre Tufts, el Hospital Henry and Lois Foster para Animales Pequeños, el Hospital para Animales Grandes, kits para el hogar que se enviaban a las personas para evaluar a sus mascotas, clínicas y rehabilitadores de vida silvestre de terceros, así como de humanos a través de estudios clínicos en los que participaba el laboratorio. Los resultados contribuyeron a una variedad de esfuerzos, incluida la comprensión de la transmisión entre personas y animales, tanto domésticos como silvestres, así como el desarrollo de una mejor comprensión de cómo las características del huésped pueden afectar la susceptibilidad a infecciones y/o enfermedades.

Más recientemente, Martinot y la viróloga Sally Robinson en el laboratorio de Tzipori recibieron fondos iniciales de COVID de Tufts para comenzar a hacer sus propios desafíos de COVID en modelos de hámster en el RBL. A principios de este año, Martinot y otros autores publicaron un artículo sobre su trabajo.

Un investigador preparado para trabajar con muestras de diagnóstico de SARS-CoV-2 dentro de la RBL. Foto: Cortesía de Wendy Puryear

"Fue una transición realmente fácil comenzar a analizar nuestros propios tejidos en lugar de los tejidos que nos enviaban desde otros lugares", dijo Martinot. "Y fue un gran paso adelante porque ahora estamos obteniendo el virus, propagándolo y creando reservas virales a partir de las diferentes variantes que existen".

Robinson hace la mayor parte del trabajo monitoreando a los sujetos animales. Después de que se infectan con el virus, los pesa a diario para realizar un seguimiento del peso corporal y documenta su viaje desde que están enfermos hasta que se recuperan. Toda la investigación con animales está aprobada por adelantado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales, que requiere que los investigadores controlen cuidadosamente a los animales infectados. Ha colaborado en esta investigación no solo con otros científicos de Tufts, sino también con empresas que trabajan en el campus y empresas fuera de Tufts. Robinson también apoya al laboratorio Martinot con un estudio que se lleva a cabo con el Centro Médico Tufts para desarrollar un modelo animal para estudiar los efectos a largo plazo de la COVID-19.

"Mantenemos existencias de las diferentes variantes del virus SARS-CoV-2", dijo Robinson. "Se los damos a los animales y caracterizamos el tipo de infección y los signos clínicos y la patología correspondientes que vemos. Cuando probamos vacunas y terapias, buscamos si los animales están protegidos contra esos signos clínicos o si están protegidos de la patología crónica".

Martinot divide su tiempo entre la investigación del SARS-CoV-2 y la investigación de la tuberculosis (TB), para lo cual utiliza modelos de ratón. Debido a esto, tenía la intención de establecer un modelo de ratón para SARS-CoV-2 además del modelo de hámster para realizar estudios de infección y probar vacunas y terapias. Ahora tienen el modelo MA10 "SARS-CoV-2 adaptado al mouse" en funcionamiento en el RBL.

"Esto abre oportunidades para que hagamos preguntas interesantes sobre las coinfecciones", dijo Martinot. "Sabemos que personas de todo el mundo tienen otras enfermedades, como diabetes, tuberculosis o infecciones parasitarias, pero no entendemos cómo esas otras enfermedades podrían afectar su susceptibilidad al COVID-19, o qué tan bien pueden funcionar las vacunas contra el COVID en alguien. con esos antecedentes. Con los modelos de hámster y ratón, hemos obtenido datos fantásticos y hemos comenzado a probar vacunas y anticuerpos monoclonales".

Martinot admite que tiene un motivo oculto con los nuevos modelos de ratones SARS-CoV-2 establecidos en el RBL: espera emplearlos en su trabajo para desarrollar una nueva vacuna contra la tuberculosis con fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates. La vacuna contra la tuberculosis actual se llama Bacillus Calmette-Guérin, o BCG, que es una vacuna viva atenuada, lo que significa que utiliza una forma debilitada de la bacteria Mycobacterium bovis, que causa la tuberculosis. Históricamente, las vacunas atenuadas han sido extremadamente efectivas, señaló, citando la vacuna contra la poliomielitis como ejemplo. Pero en estos días, la mayoría de las vacunas son vacunas muertas o basadas en ARNm, y en realidad no dan a las personas un organismo vivo. Martinot espera desarrollar una nueva vacuna viva atenuada contra la TB que pueda ofrecer un beneficio secundario al ofrecer cierta protección adicional contra el COVID-19.

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