Jetez un coup d'œil à l'intérieur d'une installation de biosécurité de niveau 3 à Tufts

L'extérieur du Laboratoire régional de biosécurité de la Cummings School of Veterinary Medicine de l'Université Tufts. Photo : Joanie Tobin / Université Tufts

Le Laboratoire régional de biosécurité de l'École de médecine vétérinaire Cummings est à l'avant-garde de la recherche sur les maladies infectieuses et de leur maîtrise

Niché sur une route tranquille près de l'école de médecine vétérinaire Cummings de l'université Tufts, se trouve un bâtiment stoïque en briques, entouré d'une clôture en fer forgé. L'extérieur sans prétention dément les recherches critiques qui se déroulent à l'intérieur du Laboratoire régional de biosécurité de la Nouvelle-Angleterre (RBL), une installation de biosécurité de niveau trois à Grafton qui permet en toute sécurité la recherche de micro-organismes hautement contagieux.

Les National Institutes of Health (NIH) ont sélectionné l'Université Tufts comme l'un des 12 sites à travers les États-Unis pour abriter l'un de ces laboratoires spéciaux, qui ont été mandatés par le Congrès à la suite des attentats terroristes du 11 septembre 2001. L'intention initiale était pour que les laboratoires se concentrent sur la réponse au bioterrorisme, comme les attaques à l'anthrax survenues la même année. Cependant, de nombreux laboratoires ont depuis évolué vers la recherche sur les maladies infectieuses émergentes et réémergentes.

"Le NIH a eu une prévoyance considérable en mettant ces laboratoires là-bas, car ils sont maintenant en première ligne de la réponse de notre pays à la pandémie de COVID-19", a déclaré Sam Telford III, professeur au Département des maladies infectieuses et de la santé mondiale. (IDGH) à la Cummings School of Veterinary Medicine et directeur du RBL.

Telford était l'un des nombreux membres du corps professoral de Tufts qui ont contribué à la proposition de 200 pages au NIH demandant que Tufts se voit accorder une installation. Le projet a été dirigé par Saul Tzipori, professeur distingué et titulaire de la chaire universitaire Agnes Varis en sciences et société à la Cummings School of Veterinary Medicine. L'effort initial a commencé en 2003, lorsque Tzipori a reçu une subvention de 25 millions de dollars de l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses pour développer un portefeuille de contre-mesures de biodéfense - un travail qui nécessiterait une installation de biosécurité de niveau trois (BSL-3), que Tufts n'avait pas. à l'époque. Cette opportunité de financement a incité l'université à permettre à Tzipori de postuler pour l'installation.

Certaines des personnes sur cette photo d'archive, de gauche à droite : le membre du Congrès Richard Neal, Michael Kurilla du NIH, Saul Tzipori, PDG du Massachusetts Life Sciences Center Susan Windham-Bannister, le représentant George Peterson, le sénateur d'État Michael Moore, le doyen émérite de la Cummings School Deborah Kochevar et le président émérite de Tufts, Lawrence Bacow. Photo : Avec l'aimable autorisation de Saul Tzipori

Certaines des personnes sur cette photo d'archive, de gauche à droite : le membre du Congrès Richard Neal, Michael Kurilla du NIH, Saul Tzipori, PDG du Massachusetts Life Sciences Center Susan Windham-Bannister, le représentant George Peterson, le sénateur d'État Michael Moore, le doyen émérite de la Cummings School Deborah Kochevar et le président émérite de Tufts, Lawrence Bacow. Photo : Avec l'aimable autorisation de Saul Tzipori

Le NIH a finalement fourni environ 75% du coût total de construction de 32 millions de dollars, les fonds de contrepartie requis étant fournis par le Commonwealth du Massachusetts via une subvention du Massachusetts Life Science Center de 9,5 millions de dollars. L'Université Tufts a mis de côté 7 millions de dollars de fonds universitaires dans une dotation pour compenser partiellement les coûts de fonctionnement annuels. Au cours des deux dernières années, l'école Cummings a reçu plus de 7 millions de dollars de subventions du NIH pour l'amélioration des infrastructures afin de mettre à niveau les capacités technologiques et scientifiques de l'établissement. Cet afflux de financement a permis de garantir que les systèmes critiques du bâtiment sont opérationnels en toute sécurité et durables pour les 10 prochaines années.

Tzipori, qui a passé sa carrière à rechercher des maladies infectieuses, a été le premier directeur du RBL et a démissionné en 2016. Il garde une pelle de la cérémonie d'inauguration du RBL dans son bureau.

"Il a fallu une pandémie, mais nous voyons enfin le RBL atteindre son plein potentiel en tant que centre animé de recherche de pointe sur les maladies infectieuses axée sur la santé des humains et des animaux", a déclaré Tzipori. "C'est un rêve de carrière qui se concrétise. Pour les années à venir, le RBL permettra à la Cummings School et à l'Université Tufts d'être un endroit sûr pour les chercheurs afin de faire avancer les efforts de recherche sur les maladies qui affectent des millions de personnes dans le monde."

Les niveaux de biosécurité (BSL) font référence aux pratiques et procédures de laboratoire, tandis que les groupes à risque font référence aux microbes utilisés dans la recherche. Bien que la plupart des groupes à risque correspondent au niveau de biosécurité, ce n'est pas toujours le cas.

BSL-1 : Les microbes utilisés à ce niveau présentent un risque minimal pour le personnel de laboratoire et ne causent généralement pas de maladie chez les adultes en bonne santé. Il existe souvent des traitements ou des vaccins disponibles pour ces microbes, qui comprennent certaines souches d'E. coli. Les chercheurs peuvent travailler avec ceux-ci sur un banc ou une table de laboratoire ouvert tout en portant des EPI de laboratoire standard tels que des gants et des blouses de laboratoire.

BSL-2 : Les micro-organismes utilisés à ce niveau présentent un risque modéré d'infection pour les chercheurs mais sont souvent difficiles à contracter par voie aérienne, comme la salmonelle ou le VIH. Les chercheurs doivent porter un équipement de protection individuelle (EPI) tel que des gants, une protection faciale et/ou oculaire et une blouse. Le travail est généralement effectué dans une enceinte de sécurité biologique qui recueille et filtre l'air pour empêcher la fuite des organismes dans l'environnement.

BSL-3 : Les microbes utilisés à ce niveau peuvent provoquer des maladies graves, voire mortelles, par transmission respiratoire, mais des vaccins et des traitements sont généralement disponibles pour de nombreux organismes du groupe de risque trois. Les exemples incluent le SRAS-CoV-2, Mycobacterium tuberculosis et l'encéphalite équine orientale (EEE). Le travail doit être effectué dans une enceinte de sécurité biologique. Les chercheurs portent souvent une combinaison complète en Tyvek, des chaussons jetables, plusieurs paires de gants et un respirateur N95, ou parfois un respirateur à adduction d'air filtré (PAPR), qui filtre l'air pour empêcher les organismes infectieux de passer.

BSL-4est réservé aux plus dangereux et les microbes exotiques qui présentent un risque élevé de transmission par voie aérienne et pour lesquels aucun vaccin ou traitement n'est disponible, comme le virus Ebola. Ce travail n'est pas effectué dans le RBL ou dans tout autre laboratoire de Tufts.

Ce n'était pas toujours un centre d'activité. Lorsque le RBL a été proposé pour la première fois, certaines personnes de la communauté se sont demandé si une telle installation était sûre. Lors de discussions avec les résidents locaux, les professeurs de l'école Cummings ont expliqué que le RBL serait utilisé pour enquêter sur les bactéries ou les virus qu'ils pourraient déjà avoir dans leur arrière-cour, comme le virus du Nil occidental ou l'encéphalite équine orientale (EEE). Cela a aidé à atténuer leurs inquiétudes, l'installation a été achevée en 2010 et les recherches initiales sur le virus du Nil occidental et l'EEE ont aidé à démontrer à la communauté que le laboratoire est sûr.

Aujourd'hui, le RBL regorge de scientifiques de l'école Cummings et de sociétés tierces qui louent des espaces de laboratoire dans l'établissement. Les entreprises sont d'importants organismes de recherche impliqués dans une gamme d'activités, y compris celles liées au SRAS-CoV-2.

Le bâtiment a un accès limité et les règles de sécurité fédérales limitent également la photographie à l'intérieur. Mais les chercheurs sont heureux de parler de leur travail. De la recherche de pointe sur le COVID-19 à l'étude d'un vaccin contre la tuberculose, voici un aperçu de ce qui se passe à huis clos au RBL.

Tous les travaux avec des agents infectieux vivants sont effectués dans une enceinte de sécurité biologique conçue pour contenir le virus ou la bactérie dans cet espace. Les espaces de laboratoire BSL-3 sont sous pression d'air négative par rapport aux couloirs, et des capteurs de pression transmettent des données en continu à un système d'automatisation du bâtiment. Les alarmes se déclenchent en cas de problème de pression d'air négative, auquel cas le travail est arrêté et le problème est rapidement identifié et résolu.

"Travailler dans des conditions BSL-3 est restrictif et demande beaucoup de travail", a déclaré Wendy Puryear, scientifique principale et responsable du Runstadler Lab au RBL. "Idéalement, nous nous occupons de la préparation ou de la configuration non infectieuse, si possible, dans une zone de niveau de biosécurité inférieur, qui est un espace plus confortable physiquement."

Dans les espaces de niveau trois du RBL, les chercheurs se transforment en gommages et portent une combinaison complète en Tyvek par-dessus, ainsi que des chaussons jetables, deux paires de gants et un respirateur N95 - ou parfois, un respirateur à adduction d'air filtré (PAPR), qui filtrel'air à travers un filtre HEPA pour empêcher les organismes infectieux de passer.

"C'est là que les choses deviennent plus inconfortables. Les PAPR ont des batteries qui peuvent être un peu bruyantes, et il fait assez chaud à l'intérieur de la combinaison [Tyvek]. L'air qui descend du PAPR vous explose comme le Stay-Puft Marshmallow Man," Puryear éclata de rire. "Mais nous essayons de le tolérer, car pour faire une pause, il faudrait se désinfecter complètement avant de quitter l'espace, puis se réhabiller avec tout l'équipement pour rentrer, ce qui prend beaucoup de temps."

"De tels efforts en valent la peine, car les scientifiques de Tufts et les entreprises extérieures qui travaillent dans le RBL s'efforcent de développer des stratégies de traitement et de prévention pour les maladies qui continuent de causer des décès à travers le monde, et ce travail ne peut être effectué qu'en BSL-3. espaces », a déclaré Jonathan Runstadler, professeur et directeur du département IDGH de la Cummings School.

Tous les EPI sont suspendus à un mur dans l'antichambre, une zone de support de passage avec un évier et des bacs pour les effets personnels, qui ne peuvent pas entrer dans le laboratoire BSL-3. Photo : Avec l'aimable autorisation de Wendy Puryear

Les espaces de niveau trois à Tufts ont une zone de support de passage appelée antichambre, un peu comme les salles d'opération dans les hôpitaux, avec un évier et des bacs pour les effets personnels qui ne peuvent pas entrer dans le laboratoire BSL-3. Tous les EPI sont suspendus à un mur dans l'antichambre ; chacun a son propre PAPR, car ceux-ci ne sont pas partagés. Une fenêtre en verre dans l'antichambre permet une visibilité dans l'espace du laboratoire. Chaque laboratoire dispose également d'un autoclave traversant à travers lequel les déchets de laboratoire sortent afin que les déchets soient décontaminés avant de quitter la zone.

"Ce niveau de recherche nécessite une formation approfondie et est mené avec un soin exquis par des membres expérimentés du corps professoral et d'autres scientifiques", a déclaré Bernard Arulanandam, vice-recteur à la recherche chez Tufts. "Le RBL positionne Tufts comme une institution de recherche universitaire de premier plan apportant des contributions significatives à la santé publique en général et à l'avenir de la recherche sur les maladies infectieuses."

Environ 30 millions de personnes aux États-Unis attrapent la grippe à chaque saison grippale. Mais la grippe n'affecte pas que les humains. Une souche hautement pathogène de la grippe aviaire circule actuellement parmi les oiseaux en Amérique du Nord. Depuis son arrivée fin 2021, il a été attribué à la mort signalée de plus de 3 000 oiseaux sauvages et de plus de 50 millions de volailles aux États-Unis. Il a également été attribué à un nombre équivalent des deux en Europe. La recherche sur la grippe hautement pathogène, un virus du groupe de risque trois, est l'un des plus grands projets du Runstadler Lab.

Au Runstadler Lab, le virus de la grippe est cultivé dans des œufs de poule embryonnés ou des cultures cellulaires. Photo : Avec l'aimable autorisation de Wendy Puryear

Au Runstadler Lab, le virus de la grippe est cultivé dans des œufs de poule embryonnés ou des cultures cellulaires. Photo : Avec l'aimable autorisation de Wendy Puryear

"Le RBL est une ressource inestimable qui permet à l'école Tufts and Cummings de faire des types uniques de recherche sur les maladies infectieuses", a déclaré Runstadler. "Notre laboratoire collecte de nombreux échantillons d'animaux sauvages, non seulement des oiseaux mais aussi des phoques du nord-est, qui transmettent et transportent des virus de la grippe. Nous apportons ces échantillons au RBL car cela nous permet de mener notre travail à un niveau de biosécurité amélioré, et si nous isolons un virus qui pose un problème de biosécurité, nous sommes déjà confinés et nous pouvons y faire face en toute sécurité."

Runstadler et ses collègues, dont la scientifique principale et responsable de laboratoire Wendy Puryear, analysent des échantillons de tissus ou d'écouvillons pour détecter tout virus présent, séquencent les virus qu'ils trouvent et recherchent les différences entre les souches de virus pour déterminer la capacité de ces virus à infecter différentes espèces ou changer au fil du temps dans leurs hôtes animaux sauvages. Ils cultivent le virus de la grippe dans des œufs de poule embryonnés ou des cultures cellulaires, ce qui est le principal moyen d'amplifier et de propager des échantillons viraux pour la recherche sur la grippe, à l'intérieur d'un incubateur de leur laboratoire.

Avant la pandémie de COVID-19, une grande partie du travail du Runstadler Lab était liée à la grippe, mais en 2020, son équipe a élargi ses travaux à des recherches parallèles sur le SRAS-CoV-2, qui est également un virus du groupe à risque trois. Cependant, avec le SRAS-CoV-2, ils étudient la possibilité que le virus se déplace vers des hôtes sauvages qui pourraient devenir un réservoir d'infection humaine.

Au printemps 2020, Tzipori était impatient que l'école Cummings mette en place des modèles animaux pour la recherche sur le SRAS-CoV-2 afin de tester des vaccins et des thérapies. La pathologiste Amanda Martinot, professeure adjointe au Département de l'IDGH et au Département de pathobiologie comparée de la Cummings School, a été l'une des premières à plonger lorsqu'elle a reçu une subvention rapide avec des collègues de la Harvard Medical School pour analyser les tissus des études sur le vaccin COVID-19 en modèles animaux.

Au plus fort de la pandémie, Puryear dit qu'elle et d'autres membres du laboratoire ont fréquemment chronométré des journées de 12 à 16 heures, travaillant souvent à l'intérieur de l'espace de laboratoire BSL-3 pendant 4 à 6 heures à la fois. Presque tous les jours, ils ont traité des échantillons provenant de diverses sources, notamment la Tufts Wildlife Clinic, l'hôpital Henry and Lois Foster pour petits animaux, l'hôpital pour grands animaux, des kits à domicile envoyés aux personnes pour tester leurs animaux de compagnie, des cliniques et des réhabilitateurs de la faune tiers, ainsi que des humains via des études cliniques auxquelles le laboratoire participait. Les résultats ont contribué à divers efforts, y compris la compréhension de la transmission entre les humains et les animaux, domestiques et sauvages, ainsi que le développement d'une meilleure compréhension de la façon dont les caractéristiques de l'hôte peuvent avoir un impact sur la sensibilité aux infections et/ou aux maladies.

Plus récemment, Martinot et la virologue Sally Robinson du laboratoire de Tzipori ont reçu un financement de démarrage COVID de Tufts pour commencer à relever leurs propres défis COVID dans des modèles de hamster au RBL. Plus tôt cette année, Martinot et d'autres auteurs ont publié un article sur leur travail.

Un chercheur prêt à travailler avec des échantillons de diagnostic du SRAS-CoV-2 à l'intérieur du RBL. Photo : Avec l'aimable autorisation de Wendy Puryear

Un chercheur prêt à travailler avec des échantillons de diagnostic du SRAS-CoV-2 à l'intérieur du RBL. Photo : Avec l'aimable autorisation de Wendy Puryear

"Ce fut une transition très facile de commencer à analyser nos propres tissus au lieu des tissus qui nous étaient envoyés d'ailleurs", a déclaré Martinot. "Et c'était un énorme pas en avant parce que maintenant nous attrapons le virus, le propageons et créons des stocks viraux à partir des différentes variantes."

Robinson fait la plupart du travail de surveillance des sujets animaux. Après avoir été infectés par le virus, elle les pèse quotidiennement pour suivre leur poids corporel et documente leur parcours de la maladie à la guérison. Toutes les recherches sur les animaux sont approuvées à l'avance par le Comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux, qui exige que les enquêteurs surveillent attentivement les animaux infectés. Elle a collaboré à cette recherche non seulement avec d'autres scientifiques de Tufts, mais également avec des entreprises qui travaillent sur le campus et des entreprises en dehors de Tufts. Robinson soutient également le laboratoire Martinot avec une étude en cours avec le Tufts Medical Center développant un modèle animal pour étudier les effets à long terme du COVID-19.

"Nous maintenons des stocks des différentes variantes du virus SARS-CoV-2", a déclaré Robinson. "Nous les donnons aux animaux et caractérisons le type d'infection et les signes cliniques et la pathologie correspondants que nous voyons. Lorsque nous testons des vaccins et des thérapeutiques, nous recherchons si les animaux sont protégés de ces signes cliniques ou s'ils 'sont protégés de la pathologie chronique."

Martinot partage son temps entre la recherche sur le SRAS-CoV-2 et la recherche sur la tuberculose (TB), pour laquelle elle utilise des modèles de souris. Pour cette raison, elle avait l'intention de mettre en place un modèle de souris pour le SRAS-CoV-2 en plus du modèle de hamster afin d'effectuer des études d'infection et de tester des vaccins et des thérapies. Ils ont maintenant le modèle MA10 "adapté à la souris SARS-CoV-2" opérationnel dans le RBL.

"Cela nous ouvre des opportunités pour poser des questions intéressantes sur les co-infections", a déclaré Martinot. "Nous savons que des gens du monde entier ont d'autres maladies, comme le diabète, la tuberculose ou des infections parasitaires, mais nous ne comprenons pas comment ces autres maladies pourraient avoir un impact sur leur sensibilité au COVID-19, ou dans quelle mesure les vaccins COVID peuvent fonctionner sur quelqu'un. Avec ce contexte. Avec les modèles de hamster et de souris, nous avons obtenu des données fantastiques et nous avons commencé à tester des vaccins et des anticorps monoclonaux.

Martinot admet qu'elle a une sorte d'arrière-pensée avec les nouveaux modèles de souris SARS-CoV-2 mis en place au RBL : elle espère les employer dans son travail pour développer un nouveau vaccin contre la tuberculose avec un financement de la Fondation Bill et Melinda Gates. Le vaccin antituberculeux actuel s'appelle Bacillus Calmette-Guérin, ou BCG, qui est un vaccin vivant atténué, ce qui signifie qu'il utilise une forme affaiblie de la bactérie Mycobacterium bovis, qui cause la tuberculose. Historiquement, les vaccins atténués ont été extrêmement efficaces, a-t-elle souligné, citant le vaccin contre la poliomyélite comme exemple. Mais de nos jours, la plupart des vaccins sont des vaccins tués ou à base d'ARNm, et ne donnent pas réellement aux gens un organisme vivant. Martinot espère développer un nouveau vaccin vivant atténué contre la tuberculose qui pourrait offrir un avantage secondaire en offrant une protection supplémentaire contre le COVID-19.