タフツのレベル 3 バイオセーフティ施設の内部を覗いてみましょう

タフツ大学カミングス獣医学部の地域バイオセーフティ研究所の外観。写真: ジョアニー・トービン/タフツ大学

カミングス獣医学部の地域バイオセーフティ研究所は、感染症の研究とその封じ込めの最前線に立っています。

タフツ大学カミングス獣医学部近くの静かな道路にひっそりと、錬鉄製のフェンスに囲まれたストイックなレンガ造りの建物が建っている。気取らない外観は、グラフトンにあるレベル 3 のバイオセーフティ施設であるニューイングランド地域バイオセーフティ研究所 (RBL) の内部で行われている重要な研究を信じさせない。この研究所では、伝染性の高い微生物の研究を安全に行うことができる。

国立衛生研究所 (NIH) は、2001 年 9 月 11 日のテロ攻撃の余波で議会によって義務付けられた特別な研究所の 1 つを設置する全米 12 か所のうちの 1 つとしてタフツ大学を選択しました。当初の目的は次のとおりでした。研究所は同年に発生した炭疽菌攻撃などのバイオテロへの対応に重点を置くことになった。しかし、その後、研究室の多くは新興および再興感染症の研究に発展しました。

「NIHは、これらの研究所を世に出すにあたって、かなりの先見の明を持っていた。なぜなら、これらの研究所は現在、我が国の新型コロナウイルス感染症パンデミックへの対応の最前線にあるからだ」と感染症・国際保健学科のサム・テルフォード3世教授は述べた。カミングス獣医学部 (IDGH) および RBL のディレクター。

テルフォード氏は、タフツ大学に施設の提供を求めるNIHへの200ページにわたる提案書に貢献したタフツ大学の多くの教員のうちの1人だった。このプロジェクトは、カミングス獣医学部の著名教授でアグネス・ヴァリス大学科学社会学部長のサウル・ツィポリ氏が主導しました。最初の取り組みは 2003 年に始まり、そのときツィポリ氏は生物防御対策ポートフォリオを開発するために国立アレルギー感染症研究所から 2,500 万ドルの助成金を受け取りました。この作業にはレベル 3 のバイオセーフティー (BSL-3) 施設が必要ですが、タフツ氏にはそのような施設はありませんでした。当時。この資金提供の機会は、大学にとってツィポリに施設への申請を許可するインセンティブとなった。

このアーカイブ写真に写っている人々の一部、左から: リチャード・ニール下院議員、NIHのマイケル・クリラ氏、ソール・ツィポリ氏、マサチューセッツ生命科学センターCEOのスーザン・ウィンダム・バニスター氏、ジョージ・ピーターソン下院議員、マイケル・ムーア州上院議員、カミングス大学名誉学部長デボラ・コチェバール氏とタフツ大学名誉学長のローレンス・バコウ氏。写真: サウル・ツィポリ提供

NIH は最終的に総建設費 3,200 万ドルの約 75% を提供し、必要なマッチング資金はマサチューセッツ州ライフサイエンスセンターの助成金 950 万ドルを通じてマサチューセッツ州から提供されました。タフツ大学は、年間運営費の一部を補うために、700 万ドルの大学基金を寄付金として積み立てました。過去 2 年間で、カミングススクールは、施設の技術的および科学的能力を向上させるためのインフラ整備のために NIH から 700 万ドルを超える助成金を受け取りました。この資金流入により、重要な建築システムが安全に稼働し、今後 10 年間持続できることが保証されました。

感染症の研究にキャリアを費やしてきたツィポリ氏はRBLの初代所長を務め、2016年に辞任した。彼のオフィスにはRBLの起工式で使われたシャベルが保管されている。

「パンデミックの影響はあったが、人間と動物の健康に焦点を当てた最先端の感染症研究の活発な拠点として、RBLがその可能性を最大限に発揮しつつあるのがようやく見えてきた」とツィポリ教授は語った。「これは、キャリアの夢が実現したことです。RBLのおかげで、今後何年にもわたって、カミングス・スクールとタフツ大学は、研究者にとって、世界中の何百万人もの人々が罹患している病気の研究活動を進めるための安全な場所となるでしょう。」

バイオセーフティレベル (BSL) は実験室の実践と手順を指し、リスクグループは研究で使用される微生物を指します。ほとんどのリスクグループはバイオセーフティレベルと一致しますが、常に当てはまるとは限りません。

BSL-1:このレベルで使用される微生物は、研究室スタッフに対するリスクが最小限であり、通常、健康な成人に病気を引き起こすことはありません。多くの場合、大腸菌の一部の株を含むこれらの微生物に対して利用可能な治療法やワクチンが存在します。研究者は、手袋や白衣などの標準的な実験室用 PPE を着用しながら、オープンな実験台またはテーブルでこれらを使用して作業できます。

BSL-2:このレベルで使用される微生物は、研究者に中程度の感染リスクをもたらしますが、サルモネラ菌や HIV など、空気を介して感染することは困難です。研究者は、手袋、顔面および/または目の保護具、ガウンなどの個人用保護具 (PPE) を着用する必要があります。作業は通常、空気を集めて濾過し、微生物が環境に漏れるのを防ぐバイオセーフティキャビネット内で行われます。

BSL-3 : このレベルで使用される微生物は、呼吸器感染を介して重篤な疾患、あるいは致命的な疾患を引き起こす可能性がありますが、一般に、多くのリスクグループ 3 の微生物に対してワクチンと治療法が利用可能です。例としては、SARS-CoV-2、結核菌、東部馬脳炎（EEE）などが挙げられます。作業はバイオセーフティキャビネット内で行う必要があります。研究者は多くの場合、タイベック製のつなぎ服に加え、使い捨てブーツ、複数の手袋、N95 マスク、または場合によっては空気をろ過して感染性微生物の侵入を防ぐ電動空気清浄呼吸器 (PAPR) を着用します。

BSL-4最も危険なもののために予約されています空気感染のリスクが高く、ワクチンも治療法もないエボラウイルスなどの外来微生物も含まれます。この研究は、RBL やタフツの他の研究室では行われません。

そこが常に活動の中心だったわけではありません。 RBL が最初に提案されたとき、地域住民の中にはそのような施設が安全なのか疑問を抱く人もいました。地元住民との話し合いの中で、カミングス校の教員らは、西ナイルウイルスや東部馬脳炎（EEE）など、裏庭にすでに存在している可能性のある細菌やウイルスを調査するためにRBLが使用されると説明した。それが彼らの懸念を和らげるのに役立ち、施設は 2010 年に完成し、西ナイルウイルスと EEE を使った最初の研究は、研究所が安全であることを地域社会に証明するのに役立ちました。

現在、RBL はカミングススクールの科学者と、施設内の研究室スペースを借りているサードパーティ企業でいっぱいです。これらの企業は、SARS-CoV-2関連を含むさまざまな活動に関与する主要な研究機関です。

建物への立ち入りは制限されており、連邦保安規則により内部の写真撮影も制限されている。しかし、研究者たちは自分たちの研究について喜んで話します。最先端の COVID-19 研究から結核ワクチンの研究まで、RBL の密室で何が起こっているのかを見てみましょう。

生きた感染性病原体を扱うすべての作業は、ウイルスや細菌をその空間に封じ込めるように設計されたバイオセーフティキャビネット内で行われます。 BSL-3 ラボスペースは廊下に対して負圧下にあり、圧力センサーがデータをビルディングオートメーションシステムに継続的に送信します。負圧に問題がある場合はアラームが鳴り、その時点で作業が停止され、問題がすぐに特定され解決されます。

「BSL-3条件下での作業は制限があり、労働集約的です」とRBLの上級科学者兼ランスタドラー研究所マネージャーのウェンディ・パーイヤー氏は語る。「理想的には、可能であれば、より物理的に快適な空間であるバイオセーフティレベルの低いエリアで、非感染性の準備やセットアップを行います。」

RBL のレベル 3 スペースでは、研究者はスクラブに着替え、その上にタイベック製の完全なカバーオールスーツを着用し、さらに使い捨てのブーツ、2 組の手袋、N95 マスク、または場合によっては、空気をろ過する電動空気清浄マスク (PAPR) を着用します。HEPAフィルターを通して空気を送り、感染性微生物の侵入を防ぎます。

「そこが、事態がより不快になるところです。PAPR には少し騒々しいバッテリーパックが搭載されており、[タイベック] スーツの中はかなり熱くなります。PAPR から降りてくる空気で、ステイパフトマシュマロマンのように吹き飛ばされます。」パーイヤーは笑った。「しかし、私たちはそれを許容しようとしています。なぜなら、休憩を取るには、そのスペースを出る前に完全に消毒し、その後、すべての装備を着直してから再び入る必要があり、どちらも非常に時間がかかるからです。」

「タフツ大学の科学者やRBLで活動する外部企業は、世界中で死者を出し続けている病気の治療と予防戦略の開発に努めており、その研究はBSL-3でのみ行うことができるため、このような取り組みは苦労する価値がある」スペースです」とカミングス・スクールの教授でIDGH学部長のジョナサン・ランスタドラー氏は語った。

すべての PPE は前室の壁に吊り下げられており、シンクと個人所有物用の箱を備えた通過サポートエリアにあり、BSL-3 ラボには立ち入りできません。写真: ウェンディ・パーイヤー提供

タフツの 3 階スペースには、病院の手術室とよく似た前室と呼ばれる通過サポートエリアがあり、BSL-3 研究室に入れない私物を入れるためのシンクと箱が備えられています。すべての PPE は前室の壁から吊り下げられています。 PAPR は共有されないため、全員が独自の PAPR を持っています。前室のガラス窓からは研究室の様子が見えます。各研究室には、実験室の廃棄物がそこを通って排出されるパススルーオートクレーブもあり、廃棄物がエリア外に出る前に除染されます。

「このレベルの研究には広範な訓練が必要であり、経験豊富な教員や他の科学者によって細心の注意を払って実施されます」とタフツ大学の研究担当副学長バーナード・アルラナンダム氏は述べた。「RBLはタフツを公衆衛生全般と感染症研究の将来に多大な貢献をする一流の学術研究機関として位置づけている。」

米国ではインフルエンザの季節ごとに約 3,000 万人がインフルエンザにかかります。しかし、インフルエンザは人間だけに影響を与えるわけではありません。高病原性鳥インフルエンザ株が現在、北米の鳥の間で流行しています。 2021年後半にこのウイルスが侵入して以来、米国では3,000羽以上の野鳥と5,000万羽以上の家禽が死亡したと報告されており、ヨーロッパでも同様の数の野鳥が死亡していると考えられています。リスクグループ 3 のウイルスである高病原性インフルエンザの研究は、Runstadler Lab の最大のプロジェクトの 1 つです。

Runstadler Lab では、インフルエンザウイルスは発育鶏卵または培養細胞で培養されます。写真: ウェンディ・パーイヤー提供

「RBLは、タフツ・アンド・カミングス・スクールが感染症に関するユニークなタイプの研究を行うことを可能にする貴重なリソースです」とランスタドラー氏は述べた。「私たちの研究室は、鳥だけでなく、インフルエンザウイルスを媒介して運ぶ北東部のアザラシなど、野生動物から多くのサンプルを収集しています。私たちがこれらのサンプルをRBLに持ち込むのは、強化されたバイオセーフティレベルで研究を行うことができるためです。生物学的安全性が懸念されるウイルスを分離すれば、すでに封じ込められており、安全に対処できます。」

ランスタドラー氏と上級科学者兼研究室マネージャーのウェンディ・パーイヤー氏を含む同僚は、組織や綿棒のサンプルを分析して存在するウイルスを検出し、見つかったウイルスの配列を決定し、ウイルス株間の違いを探して、それらのウイルスが異なる種に感染する能力を判定している。または宿主である野生動物の時間の経過とともに変化します。彼らは、発育鶏卵または培養細胞でインフルエンザウイルスを増殖させます。これは、研究室のインキュベーター内でインフルエンザ研究用のウイルスサンプルを増幅および増殖させる主な方法です。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミック以前は、ランスタドラー研究所の研究の多くはインフルエンザに関連していたが、2020年に彼のチームは研究を、同じくリスクグループ3のウイルスであるSARS-CoV-2との並行研究に拡大した。しかし、SARS-CoV-2については、ウイルスが野生動物の宿主に侵入し、それがヒトへの感染源となる可能性を研究している。

2020年の春、ツィポリ教授はカミングス校がワクチンや治療薬を試験するためにSARS-CoV-2研究用の動物モデルをセットアップすることを熱望していた。カミングス・スクールのIDGH学部および比較病理学学部の助教授である病理学者のアマンダ・マルティノット氏は、ハーバード大学医学部の同僚とともに緊急助成金を受け取り、米国での新型コロナウイルス感染症ワクチン研究で得られた組織を分析することに真っ先に取り組んだ一人の一人だった。動物モデル。

パンデミックの最盛期、パーイヤー氏は、彼女と他の研究室メンバーは頻繁に1日12～16時間の労働時間を記録し、BSL-3研究室スペース内で一度に4～6時間働くことも多かったという。彼らはほぼ毎日、タフツ野生動物クリニック、ヘンリー・アンド・ロイス・フォスター小動物病院、大動物病院、ペットの検査のために人々に送られる家庭用キットなど、さまざまな供給源から研究室に入ってくるサンプルを処理した。第三者の野生動物クリニックやリハビリテーション専門家、そして研究室が参加した臨床研究を通じて人間から得たものです。この結果は、人間と動物（家畜と野生動物の両方）の間の感染の理解や、宿主の特徴が感染や病気に対する感受性にどのように影響するかについての理解を深めるなど、さまざまな取り組みに貢献しました。

最近では、ツィポリ研究室のマルティノ氏とウイルス学者サリー・ロビンソン氏がタフツ氏から新型コロナウイルス感染症シード資金を受け取り、RBLのハムスターモデルで独自の新型コロナウイルス感染症チャレンジを開始した。今年初め、マルティノ氏と他の著者は自分たちの研究に関する論文を発表した。

研究者は、RBL 内で SARS-CoV-2 診断サンプルを扱う準備をしていました。写真: ウェンディ・パーイヤー提供

「他所から送られてきた組織ではなく、私たち自身の組織の分析を始めるのは、本当に簡単な移行でした」とマルティノ氏は語った。「そして、これは大きな前進でした。なぜなら、今では私たちはウイルスを入手し、ウイルスを増殖させ、そこらにあるさまざまな変異株からウイルスのストックを作っているからです。」

ロビンソンは、被験者の動物を監視する仕事のほとんどを行っています。彼らがウイルスに感染すると、彼女は毎日体重を測って体重を追跡し、発病から回復までの過程を記録します。すべての動物研究は施設内動物管理使用委員会によって事前に承認されており、研究者は感染動物を注意深く監視する必要があります。彼女はタフツ大学の研究者仲間だけでなく、キャンパス内で活動する企業やタフツ大学外の企業ともこの研究に協力してきました。ロビンソン氏はまた、新型コロナウイルス感染症（ＣＯＶＩＤ－１９）の長期的影響を研究するための動物モデルを開発するタフツ医療センターと協力した研究でマルティノ研究室を支援している。

「私たちはさまざまなSARS-CoV-2ウイルス変異株の在庫を維持しています」とロビンソン氏は語った。「私たちはそれらを動物に投与し、感染症の種類と、それに対応する臨床徴候や、見られる病理を特徴づけます。ワクチンや治療薬を試験するとき、私たちは動物がそれらの臨床徴候から保護されているかどうか、あるいは感染症が予防されているかどうかを調べています。慢性病理から守られています。」

マルティノ氏は、SARS-CoV-2 研究と結核 (TB) 研究に時間を割き、マウスモデルを使用しています。このため、彼女は感染症の研究を実施し、ワクチンと治療薬をテストするために、ハムスターモデルに加えて SARS-CoV-2 のマウスモデルをセットアップすることに熱心でした。彼らは現在、MA10「マウスに適応した SARS-CoV-2」モデルを RBL で稼働させています。

「これにより、同時感染について興味深い質問をする機会が生まれました」とマルティノ氏は語った。「世界中の人々が糖尿病、結核、寄生虫感染症などの他の病気を患っていることはわかっていますが、それらの他の病気が新型コロナウイルス感染症への感受性にどのような影響を及ぼしているのか、あるいは新型コロナウイルスワクチンが誰かにどの程度効果があるのかについては理解していません。ハムスターとマウスのモデルで素晴らしいデータが得られ、ワクチンとモノクローナル抗体のテストを開始しました。」

マルティノ氏は、RBL に設置された新しい SARS-CoV-2 マウスモデルに多少の裏の動機があることを認めています。彼女は、ビル & メリンダゲイツ財団からの資金提供を受けて、新しい結核ワクチンを開発するという自身の研究にこれらのマウスモデルを採用したいと考えています。現在の結核ワクチンはカルメット・ゲラン桿菌（BCG）と呼ばれており、これは弱毒化生ワクチンであり、結核の原因となるウシ型結核菌の弱毒化したものを使用することを意味します。歴史的に、弱毒化ワクチンは極めて効果的であったと彼女は指摘し、例としてポリオワクチンを挙げた。しかし最近では、ほとんどのワクチンは不活化ワクチンまたはmRNAベースであり、実際に人々に生きた微生物を与えるものではありません。マルティノ氏は、新型コロナウイルス感染症（ＣＯＶＩＤ－１９）に対する追加の防御を提供するという副次的な利点をもたらす可能性がある、新しい弱毒生結核ワクチンの開発を望んでいる。

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