Hemagglutinin sequence conservation guided stem immunogen design from influenza A H3 subtype

Seasonal epidemics caused by influenza A (H1 and H3 subtypes) and B viruses are a major global health threat. The traditional, trivalent influenza vaccines have limited efficacy because of rapid antigenic evolution of the circulating viruses. This antigenic variability mediates viral escape from the host immune responses, necessitating annual vaccine updates. Influenza vaccines elicit a protective antibody response, primarily targeting the viral surface glycoprotein hemagglutinin (HA). However, the predominant humoral response is against the hypervariable head domain of HA, thereby restricting the breadth of protection. In contrast, the conserved, subdominant stem domain of HA is a potential ``universal'' vaccine candidate. We designed an HA stem-fragment immunogen from the 1968 pandemic H3N2 strain (A/Hong Kong/1/68) guided by a comprehensive H3 HA sequence conservation analysis. The biophysical properties of the designed immunogen were further improved by C-terminal fusion of a trimerization motif, ``isoleucine-zipper'', or ``foldon''. These immunogens elicited cross-reactive, antiviral antibodies and conferred partial protection against a lethal, homologous HK68 virus challenge in vivo. Furthermore, bacterial expression of these immunogens is economical and facilitates rapid scale-up.

A galactose-functionalized dendritic siRNA-nanovector to potentiate hepatitis C inhibition in liver cells

A RNAi based antiviral strategy holds the promise to impede hepatitis C viral (HCV) infection overcoming the problem of emergence of drug resistant variants, usually encountered in the interferon free direct-acting antiviral therapy. Targeted delivery of siRNA helps minimize adverse `off-target' effects and maximize the efficacy of therapeutic response. Herein, we report the delivery of siRNA against the conserved 5'-untranslated region (UTR) of HCV RNA using a liver-targeted dendritic nano-vector functionalized with a galactopyranoside ligand (DG). Physico-chemical characterization revealed finer details of complexation of DG with siRNA, whereas molecular dynamic simulations demonstrated sugar moieties projecting ``out'' in the complex. Preferential delivery of siRNA to the liver was achieved through a highly specific ligand-receptor interaction between dendritic galactose and the asialoglycoprotein receptor. The siRNA-DG complex exhibited perinuclear localization in liver cells and co-localization with viral proteins. The histopathological studies showed the systemic tolerance and biocompatibility of DG. Further, whole body imaging and immunohistochemistry studies confirmed the preferential delivery of the nucleic acid to mice liver. Significant decrease in HCV RNA levels (up to 75%) was achieved in HCV subgenomic replicon and full length HCV-JFH1 infectious cell culture systems. The multidisciplinary approach provides the `proof of concept' for restricted delivery of therapeutic siRNAs using a target oriented dendritic nano-vector.

A comparative phase 1 clinical trial to identify anti-infective mechanisms of vitamin D in people with HIV infection

Objectives:To determine if there is a biological mechanism that explains the association between HIV disease progression and increased mortality with low circulating vitamin D levels; specifically, to determine if restoring vitamin D levels induced T-cell functional changes important for antiviral immunity.Design:This was a pilot, open-label, three-arm prospective phase 1 study.Methods:We recruited 28 patients with low plasma vitamin D (<50nmol/l 25-hydroxyvitamin D3), comprising 17 HIV+ patients (11 on HAART, six treatment-naive) and 11 healthy controls, who received a single dose of 200000IU oral cholecalciferol. Advanced T-cell flow cytometry methods measured CD4(+) T-cell function associated with viral control in blood samples at baseline and 1-month after vitamin D supplementation.Results:One month of vitamin D supplementation restored plasma levels to sufficiency (>75nmol/l) in 27 of 28 patients, with no safety issues. The most striking change was in HIV+ HAART+ patients, where increased frequencies of antigen-specific T cells expressing macrophage inflammatory protein (MIP)-1 - an important anti-HIV blocking chemokine - were observed, with a concomitant increase in plasma MIP-1, both of which correlated significantly with vitamin D levels. In addition, plasma cathelicidin - a vitamin D response gene with broad antimicrobial activity - was enhanced.Conclusion:Vitamin D supplementation modulates disease-relevant T-cell functions in HIV-infected patients, and may represent a useful adjunct to HAART therapy. Copyright (C) 2015 Wolters Kluwer Health, Inc. All rights reserved.

Structural characterization and in vitro biomedical activities of sulfated chitosan from Sepia pharaonis

A low molecular weight sulfated chitosan (SP-LMWSC) was isolated from the cuttlebone of Sepia pharaonis. Elemental analysis established the presence of C, H and N. The sulfation of SP-LMWSC was confirmed by the presence of characteristic peaks in FT-IR and FT-Raman spectra. The thermal properties of SP-LMWSC were studied by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Electrolytic conductivity of SP-LMWSC was measured by cyclic voltammetry and the molecular weight was determined by MALDI-TOF/MS. The molecular structure and sulfation sites of SP-LMWSC were unambiguously confirmed using H-1,C-13, 2D COSY and 2D HSQC NMR spectroscopy. SP-LMWSC exhibited increased anticoagulant activity in avian blood by delaying coagulation parameters and displayed cytostatic activity by inhibiting the migration of avian leucocytes. SP-LMWSC demonstrated avian antiviral activity by binding to Newcastle disease virus receptors at a low titer value of 1/64. These findings suggested that SP-LMWSC isolated from an industrial discard holds immense potentials as carbohydrate based pharmaceuticals in future. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Produção in vitro e criopreservação de raízes de Cleome rosea Vahl (Capparaceae)

Cleome rosea é uma espécie nativa, de porte herbáceo, ocorrente em restingas brasileiras. Estudos recentes têm revelado o potencial medicinal da espécie para importantes propriedades farmacológicas, como por exemplo, as atividades anti-inflamatória, antigenotóxica, antiviral e antibacteriana. Porém, nos últimos anos, C. rosea não tem sido encontrada em várias regiões de seu ambiente natural, devido, principalmente, às ações antrópicas. Dessa forma, torna-se relevante o desenvolvimento de métodos de conservação que permitam o estudo e exploração das propriedades medicinais da espécie. O cultivo in vitro de raízes representa uma forma eficiente para produção de biomassa, devido ao rápido crescimento, produção estável de metabólitos, além de representar uma potencial fonte de explantes para a propagação em massa de diferentes espécies. O presente trabalho teve como objetivo a produção in vitro de culturas de raízes de C. rosea, associada à criopreservação, como forma de manutenção em longo prazo das culturas, monitorada através da análise de estabilidade genética. As culturas estabelecidas a partir de explantes radiculares de plantas propagadas in vitro de C. rosea demonstraram excelente capacidade de multiplicação de raízes em meio de cultura suplementado com o fitorregulador ANA, com manutenção dessa capacidade ao longo de sucessivas subculturas. Associado a esses resultados, o estabelecimento de protocolos de criopreservação pelo método de vitrificação resultou em elevados valores de frequência de recuperação do material após congelamento em nitrogênio líquido com as soluções de vitrificação PVS2 e PVS3. Os estudos de monitoramento da estabilidade genética, pela técnica de marcadores moleculares RAPD, revelaram a presença de polimorfismos significativos em uma das três culturas iniciadas a partir de raízes de C. rosea criopreservadas. Esses resultados demonstram as possibilidades de produção de raízes de C. rosea e conservação em longo prazo através da criopreservação, iniciando estudos inéditos para a espécie.

Wide Field-of-view Microscopes and Endoscopes for Time-lapse Imaging and High-throughput Screening

Wide field-of-view (FOV) microscopy is of high importance to biological research and clinical diagnosis where a high-throughput screening of samples is needed. This thesis presents the development of several novel wide FOV imaging technologies and demonstrates their capabilities in longitudinal imaging of living organisms, on the scale of viral plaques to live cells and tissues.

The ePetri Dish is a wide FOV on-chip bright-field microscope. Here we applied an ePetri platform for plaque analysis of murine norovirus 1 (MNV-1). The ePetri offers the ability to dynamically track plaques at the individual cell death event level over a wide FOV of 6 mm × 4 mm at 30 min intervals. A density-based clustering algorithm is used to analyze the spatial-temporal distribution of cell death events to identify plaques at their earliest stages. We also demonstrate the capabilities of the ePetri in viral titer count and dynamically monitoring plaque formation, growth, and the influence of antiviral drugs.

We developed another wide FOV imaging technique, the Talbot microscope, for the fluorescence imaging of live cells. The Talbot microscope takes advantage of the Talbot effect and can generate a focal spot array to scan the fluorescence samples directly on-chip. It has a resolution of 1.2 μm and a FOV of ~13 mm². We further upgraded the Talbot microscope for the long-term time-lapse fluorescence imaging of live cell cultures, and analyzed the cells’ dynamic response to an anticancer drug.

We present two wide FOV endoscopes for tissue imaging, named the AnCam and the PanCam. The AnCam is based on the contact image sensor (CIS) technology, and can scan the whole anal canal within 10 seconds with a resolution of 89 μm, a maximum FOV of 100 mm × 120 mm, and a depth-of-field (DOF) of 0.65 mm. We also demonstrate the performance of the AnCam in whole anal canal imaging in both animal models and real patients. In addition to this, the PanCam is based on a smartphone platform integrated with a panoramic annular lens (PAL), and can capture a FOV of 18 mm × 120 mm in a single shot with a resolution of 100─140 μm. In this work we demonstrate the PanCam’s performance in imaging a stained tissue sample.

Desenvolvimento de técnica de análise de imagens digitais para avaliação do estágio da fibrose em biópsias hepáticas de pacientes portadores de hepatite crônica por vírus da hepatite B e C

As hepatites crônicas por vírus são as mais frequentes, destacando-se os vírus das hepatites B (VHB) e C (VHC). O estudo anatomopatológico da biópsia hepática é considerado o padrão ouro para avaliar com precisão a distorção arquitetural e o grau de fibrose do parênquima do fígado, importantes fatores prognósticos para os pacientes portadores de hepatites crônicas virais. Na avaliação histopatológica atual, em adição aos relatos subjetivos das alterações histológicas, escores semiquantitativos que correlacionam achados morfológicos com graus numéricos são usados, tais como os reconhecidos escores de Ishak e METAVIR. Entretanto, em todos estes sistemas há a desvantagem da subjetividade do examinador e da incorporação de alterações categóricas, sem referências às mudanças quantitativas do colágeno hepático. Técnicas de análise de imagens digitais (AID) que fornecem quantificação objetiva dos graus de fibrose em amostras histológicas têm sido desenvolvidas. Todavia, o alto custo e dificuldade ao acesso das tecnologias descritas restringem seu uso a poucos centros especializados. Este estudo visa o desenvolvimento de uma técnica de custo acessível para a análise de imagens digitais da fibrose hepática em hepatites crônicas virais. Foram estudadas 304 biópsias de pacientes com hepatite crônica por vírus B e C, obtidas através de agulhas Menghini. Todas as amostras tinham pelo menos 15 mm de comprimento ou cinco espaços-porta completos e foram coradas pelo método Tricrômico de Masson. O estadiamento foi feito por um único hepatopatologista experiente, sem o conhecimento dos dados clínicos dos pacientes. Os escores de Ishak e METAVIR foram aplicados. As imagens microscópicas foram digitalizadas. Os índices de fibrose foram determinados de forma automatizada, em técnica desenvolvida no programa Adobe Photoshop. Para o escore de Ishak, observamos os seguintes índices de Fibrose (IF) médios: 0,8% 0,0 (estágio 0), 2.4% 0,6 (estágio 1), 4,7% 1,6 (estágio 2), 7,4% 1,4 (estágio 3), 14,9% 3,7 (estágio 4), 23,4% 2,9 (estágio 5) e 34,5% 1,5 (estágio 6). Para a classificação METAVIR: 0,8% 0,1 (estágio F0), 3,8% 1,8 (estágio F1), 7,4% 1,4 (estágio F2), 20,4% 5,2 (estágio F3) e 34,5% 1,5 (estágio F4). Observamos uma excelente correlação entre os índices de fibrose da AID e os escores de Ishak (r=0,94; p<0,001) e METAVIR (r=0,92; p<0,001). Em relação à indicação de tratamento antiviral, foi observado IF médio de 16,4%. Em relação ao diagnóstico de cirrose, foi observado IF médio de 26,9%, para o escore de Ishak, e 34,5% para a classificação METAVIR. A reprodutibilidade intra-observador foi excelente. Este novo método de análise de imagens digitais para a quantificação de fibrose hepática tem custo acessível e foi desenvolvido com tecnologia que está disponível em todo o mundo, permitindo identificar com precisão todos os estágios de fibrose, com excelente reprodutibilidade intra-observador.

HIV-1 Capture and Transmission by Dendritic Cells: The Role of Viral Glycolipids and the Cellular Receptor Siglec-1

Dendritic cells (DCs) are essential in order to combat invading viruses and trigger antiviral responses. Paradoxically, in the case of HIV-1, DCs might contribute to viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes viral capture and transmission to target cells, especially after DC maturation. In this review, we highlight recent evidence identifying sialyllactose-containing gangliosides in the viral membrane and the cellular lectin Siglec-1 as critical determinants for HIV-1 capture and storage by mature DCs and for DC-mediated trans-infection of T cells. In contrast, DC-SIGN, long considered to be the main receptor for DC capture of HIV-1, plays a minor role in mature DC-mediated HIV-1 capture and trans-infection.

Custo efetividade do uso do Peguinterferon alfa 2a combinado com Ribavirina no tratamento de respondedores virológicos lentos coinfectados com VHC/HIV

No mundo, as hepatites decorrentes de infecções virais têm sido uma das grandes preocupações em saúde pública devido a seu caráter crônico, curso assintomático e pela sua capacidade de determinar a perda da função hepática. Com o uso em larga escala de medicamentos antirretrovirais, a doença hepática relacionada à infecção pelo vírus da hepatite C (VHC) contribuiu para uma mudança radical na história natural da infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). Não se sabe ao certo o peso da coinfecção VHC/HIV no Brasil, mas evidências apontam que independentemente da região geográfica, esses indivíduos apresentam maiores dificuldades em eliminar o VHC após o tratamento farmacológico, quando comparados a monoinfectados. No âmbito do SUS, o tratamento antiviral padrão para portadores do genótipo 1 do VHC e do HIV é a administração de peguinterferon associado à Ribavirina. Quanto ao período de tratamento e aos indivíduos que devem ser incluídos, os dois protocolos terapêuticos mais recentes possuem divergências. A diretriz mais atual preconiza o tratamento de indivíduos respondedores precoces somados a respondedores virológicos lentos, enquanto a diretriz imediatamente anterior exclui na 12 semana indivíduos que não respondem completamente. Com base nessa divergência, esse estudo objetivou avaliar o custo-efetividade do tratamento contra o VHC em indivíduos portadores do genótipo 1, coinfectados com o HIV, virgens de tratamento antiviral, não cirróticos e imunologicamente estabilizados, submetidos às regras de tratamento antiviral estabelecidos pelas duas mais recentes diretrizes terapêuticas direcionadas ao atendimento pelo SUS. Para tal, foi elaborado um modelo matemático de decisão, baseado em cadeias de Markov, que simulou a progressão da doença hepática mediante o tratamento e não tratamento. Foi acompanhada uma coorte hipotética de mil indivíduos homens, maiores de 40 anos. Adotou-se a perspectiva do Sistema Único de Saúde, horizonte temporal de 30 anos e taxa de desconto de 5% para os custos e consequências clínicas. A extensão do tratamento para respondedores lentos proporcionou incremento de 0,28 anos de vida ajustados por qualidade (QALY), de 7% de sobrevida e aumento de 60% no número de indivíduos que eliminaram o VHC. Além dos esperados benefícios em eficácia, a inclusão de respondedores virológicos lentos mostrou-se uma estratégia custo-efetiva ao alcançar um incremental de custo efetividade de R$ 44.171/QALY, valor abaixo do limiar de aceitabilidade proposto pela Organização Mundial da Saúde OMS - (R$ 63.756,00/QALY). A análise de sensibilidade demonstrou que as possíveis incertezas contidas no modelo são incapazes de alterar o resultado final, evidenciando, assim, a robustez da análise. A inclusão de indivíduos coinfectados VHC/HIV respondedores virológicos lentos no protocolo de tratamento apresenta-se, do ponto de vista fármaco-econômico, como uma estratégia com relação de custoefetividade favorável para o Sistema Único de Saúde. Sua adoção é perfeitamente compatível com a perspectiva do sistema, ao retornar melhores resultados em saúdeassociados a custos abaixo de um teto orçamentário aceitável, e com o da sociedade, ao evitar em maior grau, complicações e internações quando comparado à não inclusão.

Avaliação da presença de mutações de resistência no gene da NS5B e do prognóstico da infecção pelo HCV através da IL-28B em pacientes monoinfectados com HCV no RJ

Estima-se que a prevalência global da população mundial com hepatite C é de 3%. Pouco se sabe sobre a resposta ao tratamento com respeito à resistência viral. Algumas mutações no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B são associadas com resistência ao interferon (IFN) e ribavirina (RBV). Estudos moleculares e clínicos identificaram fatores associados com o hospedeiro e vírus relacionados associada com a resposta ao tratamento, tal como o gene que codifica a IL-28B. Este estudo foi dividido em duas fases, cujos objetivos foram caracterizar a frequência de mutações que conferem resistência ao HCV e avaliar a relevância das mutações em pacientes Respondedores (R) ou Não Respondedores (NR) ao tratamento e caracterizar geneticamente as populações sobre polimorfismos genéticos nos SNPs da IL-28B em relação ao prognóstico da resposta ao tratamento. As amostras dos pacientes foram submetidas a testes de genotipagem e carga viral. As sequências geradas foram comparadas no BLAST e no banco de dados Los Alamos HCV. Realizamos o alinhamento das sequências homólogas e as mutações identificadas. Com base no genótipo e carga viral determinamos a classificação dos pacientes de acordo com a resposta à terapia. O DNA genômico foi isolado a partir de sangue periférico para a realização da tipagem de SNPs de IL-28B. A metodologia utilizada foi de PCR em tempo real utilizando sondas TaqMan SNP específico. A análise dos dados foi realizada utilizando GraphPad Prism com qui-quadrado, risco relativo (RR), Odds Ratio (OR) e intervalo de confiança de 95%, com um nível de significância de P <0,05. Foi encontrado na primeira fase deste estudo uma taxa significativa mutações associadas ao tratamento nas amostras estudadas. A prevalência de mutações associadas à resistência ao IFN e RBV bem como a novos medicamentos antivirais localizados no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B foi examinado em 69 indivíduos infectados naïve no Rio de Janeiro, Brasil. Na segunda fase, as mutações foram clinicamente relevantes. Desde então, procuramos observar as diferenças entre melhor ou pior prognóstico de acordo com a imunogenética que mostrou diferenciação entre os grupos R e NR ao tratamento em relação ao prognóstico da resposta terapêutica. Quando as diferenças entre as sequências da NS5B e a resposta ao tratamento foram consideradas verificou-se que associada a mutação R254K, estava a C316N que poderia conduzir a uma não resposta à terapia no genótipo 1b. Os nossos dados também suportaram forte associação de IL-28B rs12979860, com elevada probabilidade de resposta à terapia de IFN + RBV. Nossos dados evidenciam a presença de pacientes virgens de tratamento que abrigam mutações de resistência previamente descritas na literatura. A análise dos fatores preditores de resposta virológica mostrou que a predição de boa resposta ou não ao tratamento e ainda da progressão da doença é dependente de uma importante interação entre a genética viral e a do hospedeiro. Fato este importante para que no momento de avaliação de diagnóstico e conduta terapêutica, o médico possa tomar medidas apropriadas para o tratamento de cada paciente individualmente independentemente do genótipo do HCV em questão.

Molecular characterization of Trimeresurus stejnegeri venom L-amino acid oxidase with potential anti-HIV activity

A novel L-amino acid oxidase, named TSV-LAO, has been purified and cloned from the snake Trimeresurus stejnegeri. Fifty percentage cytotoxic concentrations (CC50) of TSV-LAO on C8166 cells were 24 and 390 nM in the absence or presence of catalase (400nM), respectively. However, at concentrations that showed little effect on cell viability, TSV-LAO displayed dose dependent inhibition on HIV-1 infection and replication. The antiviral selectivity indexes (CC50/EC50) were 16 and 6, respectively, corresponding to the measurements of syncytium formation and HIV-1 p24 antigen expression. Interestingly, the presence of catalase resulted in an increase of its antiviral selectivity to 52 and 38. Under the same conditions, no anti-HIV-1 activity was observed by exogenous addition of H2O2. The complete amino acid sequence of TSV-LAO, as deduced from its cDNA, exhibits a high degree of sequence identity with other snake venom LAOs. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

A novel heme-containing protein with anti-HIV-1 activity from skin secretions of Bufo andrewsi

A novel protein, named BAS-AH, was purified and characterized from the skin of the toad Bufo andrewsi. BAS-AH is a single chain protein and the apparent molecular weight is about 63 kDa as judged by SDS-PAGE. BAS-AH was determined to bind heme (0.89 mol heme/mol protein) as determined by pyridine haemochrome analysis. Fifty percentage cytotoxic concentration (CC50) of BAS-AH on C8166 cells was 9.5 mu M. However, at concentrations that showed little effect oil cell viability, BAS-AH displayed dose dependent inhibition oil HIV-1 infection and replication. The antiviral selectivity indexes corresponding to the measurements of syncytium formation and HIV-1 p24 (CC50/EC50) were 14.4 and 11.4, respectively, corresponding to the . BAS-AH also showed an inhibitory effect on the activity of recombinant HIV-1 reverse transcriptase (IC50 = 1.32 mu M). The N-terminal sequence of BAS-AH was determined to be NAKXKADVIGKISILLGQDNLSNIVAM, which exhibited little identity with other known anti-HIV-1 proteins. BAS-AH is devoid of antibacterial, protcolytic, trypsin inhibitory activity, (L)-amino acid oxidase activity and catalase activity. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Anti-HIV-1 property of trichosanthin correlates with its ribosome inactivating activity

Trichosanthin (TCS) is a type I ribosome inactivating (RI) protein possessing anti-tumor and antiviral activity, including human immunodeficiency virus (HIV). The mechanism of these actions is not entirely clear, but is generally attributed to its RI property. In order to study the relationship between the anti-HIV-1 activity of TCS and its RI activity, three TCS mutants with different RI activities were constructed by using site-directed mutagenesis. The anti-HIV-1 activities of the three mutants were tested in vitro. Results showed that two TCS mutants, namely TCSM((120-123)), TCSE160A/E189A, with the greatest decrease in RI activity, lost almost all of the anti-HIV activity and cytopathic effect. Another mutant TCSR122G, which exhibited a 160-fold decrease in RI activity, retained some anti-HIV activity. The results from this study suggested that RI activity of TCS may have significant contribution to its anti-HIV-1 property. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Enhanced apoptotic action of trichosanthin in HIV-1 infected cells

Trichosanthin (TCS) is a type 1 ribosome-inactivating protein (RIP) effective against HIV-1 replication. The mechanism is not clear. Present results suggested that the antiviral action tray be partly mediated through enhanced apoptosis on infected cells. TCS induced apoptosis in normal H9 cells and this action was more potent in those infected with HIV-1. In flow cytometry study, TCS induced larger population of apoptotic H9 cells chronically infected with HIV-1 in a dose-dependent manner. At TCS concentration of 25 mu g/ml. 8.4% of normal H9 cells were found to be apoptotic whereas the same concentration induced 24.5% in HIV-1 chronically infected cells. Such difference was not found in the control experiments without TCS treatment. Two other studies supported this action. Cytotoxic study showed that cell viability was always lower in HIV-1 infected cells after TCS treatment, and DNA fragmentation studs confirmed more laddering in infected cells. The mechanism of TCS induced apoptosis in normal or infected H9 cells is not clear. Results in this study demonstrated that TCS is snore effective in inducing apoptosis in HIV-1 infected cells. This may explain in part the antiviral action of TCS. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Trichosanthin suppresses the elevation of p38 MAPK, and Bcl-2 induced by HSV-1 infection in Vero cells

Trichosanthin (TCS) is a type I ribosome-inactivating protein (RIP) effective against HIV-1 and HSV-1 replication. The mechanism of its antiviral activity is not clear. Many believe that it is related to ribosome inactivation. Some RIPs and viral infectio