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

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Oct 13, 2023

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

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

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

Escondido en una calle tranquila cerca de la Facultad de Medicina Veterinaria Cummings de la Universidad de Tufts se encuentra un estoico edificio de ladrillo, rodeado por una valla de hierro forjado. El exterior modesto contradice 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 de manera segura la investigación de microorganismos altamente contagiosos.

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, desde entonces muchos de los laboratorios han evolucionado para investigar enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes.

"Los NIH tuvieron una previsión considerable al implementar 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) de la Escuela de Medicina Veterinaria de Cummings y director del RBL.

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

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 Biológicas 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

En última instancia, los NIH proporcionaron aproximadamente el 75% del costo total de construcción de $32 millones, con los fondos de contrapartida requeridos proporcionados por la Commonwealth de Massachusetts a través de una subvención del Massachusetts Life Science Center de $9,5 millones. La Universidad de Tufts reservó 7 millones de dólares de fondos universitarios en una dotación para compensar parcialmente los costos operativos anuales. Durante los últimos dos años, la Escuela Cummings recibió más de $7 millones en subvenciones del NIH para mejoras de infraestructura para mejorar las capacidades tecnológicas y científicas de las instalaciones. Esta afluencia de fondos garantizó que los sistemas de construcción críticos estén operativos de manera segura y sostenibles durante los próximos 10 años.

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

“Fue necesaria una pandemia, pero finalmente estamos viendo que el RBL alcanza todo su potencial como un centro dinámico 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. En los años venideros, el RBL permitirá que la Escuela Cummings y la Universidad de Tufts sean un lugar seguro para que los investigadores avancen en sus esfuerzos de investigación sobre enfermedades que afectan a millones de personas en todo el mundo”.

Los niveles de bioseguridad (BSL) se refieren a las 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 del laboratorio y, por lo general, no causan enfermedades en adultos sanos. A menudo existen 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 realiza en un gabinete de bioseguridad que recolecta y filtra el aire para evitar el escape de 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 un gabinete de bioseguridad. Los investigadores suelen usar un mono Tyvek completo, 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 aérea y no tienen vacunas ni tratamientos disponibles, como el virus del Ébola. Este trabajo no se realiza en el RBL ni en ningún otro laboratorio de Tufts.

No siempre fue un centro de actividad. Cuando se propuso por primera vez el RBL, algunas personas de la comunidad cuestionaron si dicha instalación era segura. En conversaciones con residentes locales, los profesores de la Escuela Cummings explicaron que el RBL se utilizaría para investigar bacterias o virus que podrían ya tener en sus patios traseros, como el virus del Nilo Occidental o la encefalitis equina oriental (EEE). Eso ayudó a mitigar sus preocupaciones, las instalaciones se completaron 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 en día, 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 involucradas 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 sobre el COVID-19 hasta la investigación de una vacuna contra la tuberculosis, he aquí un vistazo a lo que sucede a puerta cerrada en el RBL.

Todo trabajo con agentes infecciosos vivos se realiza en un gabinete de bioseguridad diseñado para contener el virus o bacteria en ese espacio. Los espacios de laboratorio BSL-3 están bajo una presión de aire negativa en relación con los pasillos, y los sensores de presión envían 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 de inmediato.

"Trabajar en condiciones BSL-3 es restrictivo y requiere mucha mano de obra", dijo Wendy Puryear, científica principal y directora del Laboratorio Runstadler del RBL. "Lo ideal es que nos encarguemos de la preparación o instalación no infecciosa, si es posible, en un área con un nivel de bioseguridad más bajo, que es un espacio más cómodo físicamente".

En los espacios de nivel tres del RBL, los investigadores se ponen una bata médica y usan un mono completo Tyvek encima, además de botines desechables, dos pares de guantes y un respirador N95 o, a veces, un respirador purificador de aire motorizado (PAPR, por sus siglas en inglés), 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 explotar como el Hombre Malvavisco Stay-Puft”, se rió Puryear. "Pero tratamos de tolerarlo, porque para tomar un descanso, tendrías que desinfectarte completamente antes de salir del espacio y luego volver a vestirte 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 están esforzando por desarrollar estrategias de tratamiento y prevención para enfermedades que continúan causando muertes en todo el mundo, y ese trabajo sólo se puede realizar en BSL-3. espacios”, dijo Jonathan Runstadler, profesor y presidente del Departamento de IDGH en la Escuela Cummings.

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

Los espacios de nivel tres en Tufts tienen un área de apoyo de paso denominada antesala, muy parecida a las salas quirúrgicas de los hospitales, con un fregadero y contenedores para pertenencias personales que no pueden ingresar al laboratorio BSL-3. Todo el EPI cuelga de una pared en la antesala; cada uno tiene 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 cuenta con un autoclave de paso por donde salen los residuos del laboratorio para que sean descontaminados antes de que abandonen el área.

"Este nivel de investigación requiere una amplia formación y se lleva a cabo con un cuidado exquisito por parte de profesores experimentados y otros científicos", dijo Bernard Arulanandam, vicerrector de investigación en Tufts. "El 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 gripe no sólo afecta a los humanos. Actualmente circula entre las aves de América del Norte una cepa altamente patógena de influenza aviar. Desde que llegó a finales de 2021, se ha atribuido a la muerte reportada de más de 3000 aves silvestres y más de 50 millones de aves de corral en los EE. UU. También se ha atribuido a cifras equivalentes de ambas en Europa. La investigación sobre la gripe de alta patogenicidad, un virus del grupo de riesgo tres, es uno de los proyectos más importantes del Runstadler Lab.

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

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

"El RBL es un recurso invaluable que permite a la Escuela Tufts y Cummings realizar tipos únicos de investigación sobre enfermedades infecciosas", dijo Runstadler. “Nuestro laboratorio recolecta muchas muestras de vida silvestre, no solo de aves sino también de focas en el noreste, que transmiten y portan los virus de la influenza. Traemos esas muestras al RBL porque nos permite realizar nuestro trabajo a un nivel de bioseguridad mejorado, 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 principal 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 cepas de virus para determinar la capacidad de esos virus para infectar diferentes especies. o cambian con el tiempo en sus huéspedes animales salvajes. Cultivan el virus de la influenza en huevos de gallina 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 el Runstadler Lab estaba relacionado con la influenza, pero en 2020, su equipo amplió su trabajo a una 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 huéspedes silvestres que podrían 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 con el fin de probar vacunas y terapias. La patóloga Amanda Martinot, profesora asistente en el Departamento de IDGH y el Departamento de Patobiología Comparada de la Escuela Cummings, fue una de las primeras en sumergirse cuando recibió una Beca 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 frecuentemente trabajaban de 12 a 16 horas al día, a menudo trabajando dentro del espacio del laboratorio BSL-3 durante 4 a 6 horas seguidas. Casi todos los días, procesaron muestras que llegaban al laboratorio de una variedad de fuentes, incluida la Tufts Wildlife Clinic, el Henry and Lois Foster Hospital for Small Animals, el Hospital for Large Animals, kits caseros que se enviaban a las personas para realizar pruebas 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 la infección y/o enfermedad.

Más recientemente, Martinot y la viróloga Sally Robinson en el laboratorio de Tzipori recibieron fondos iniciales de COVID de Tufts para comenzar a realizar 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 del RBL. Foto: Cortesía de Wendy Puryear

Un investigador preparado para trabajar con muestras de diagnóstico de SARS-CoV-2 dentro del 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 adquiriendo 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 animales. Después de que se infectan con el virus, los pesa diariamente para realizar un seguimiento del peso corporal y documenta su recorrido desde la enfermedad hasta la recuperación. Toda investigación con animales es aprobada por adelantado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales, que exige que los investigadores controlen cuidadosamente a los animales infectados. Ha colaborado en esta investigación no solo con colegas 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 realizado con el Centro Médico Tufts que desarrolla un modelo animal para estudiar los efectos a largo plazo del 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 de 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 la que utiliza modelos de ratón. Debido a esto, tenía la intención de crear un modelo de ratón para el 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 ratón” funcionando en el RBL.

"Esto nos abre oportunidades para hacer preguntas interesantes sobre las coinfecciones", dijo Martinot. "Sabemos que personas en 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 ese trasfondo. 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 ratón SARS-CoV-2 instalados en el RBL: espera emplearlos en su trabajo para desarrollar una nueva vacuna contra la tuberculosis con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates. La vacuna actual contra la tuberculosis se llama Bacillus Calmette-Guérin o BCG y 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 como ejemplo la vacuna contra la polio. Pero hoy en día, la mayoría de las vacunas son vacunas muertas o basadas en ARNm, y en realidad no proporcionan a las personas un organismo vivo. Martinot espera desarrollar una nueva vacuna viva atenuada contra la tuberculosis que pueda ofrecer un beneficio adicional al ofrecer cierta protección adicional contra el COVID-19.

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