Preexposure prophylaxis with antiretroviral drugs has been effective in the prevention of human immunodeficiency virus (HIV) infection in some trials but not in others.

The latent HIV-1 reservoir represents a major barrier to curing patients with HIV-1 infection, and now in vivo evidence is presented that vorinostat can disrupt proviral latency of HIV-1. A major barrier to achieving a cure in patients infected with HIV-1 is the ability of the HIV genome to integrate into the DNA of resting CD4+ T cells and adopt a state of latency, evading both immune detection and pharmaceutical attack. It was shown previously that induction of virus gene expression in latently HIV-1-infected cells can be achieved in vitro with histone deacetylase inhibitors such as vorinostat, a drug used to treat cutaneous lymphoma. In this study, the authors report the first in vivo evidence that vorinostat can disrupt proviral latency of HIV-1. Vorinostat has some toxic effects that would need to be considered when assessing the risks and benefits of attempts to eradicate HIV infection using this or similar drugs. Despite antiretroviral therapy, proviral latency of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) remains a principal obstacle to curing the infection1. Inducing the expression of latent genomes within resting CD4+ T cells is the primary strategy to clear this reservoir2,3. Although histone deacetylase inhibitors such as suberoylanilide hydroxamic acid (also known as vorinostat, VOR) can disrupt HIV-1 latency in vitro4,5,6, the utility of this approach has never been directly proven in a translational clinical study of HIV-infected patients. Here we isolated the circulating resting CD4+ T cells of patients in whom viraemia was fully suppressed by antiretroviral therapy, and directly studied the effect of VOR on this latent reservoir. In each of eight patients, a single dose of VOR increased both biomarkers of cellular acetylation, and simultaneously induced an increase in HIV RNA expression in resting CD4+ cells (mean increase, 4.8-fold). This demonstrates that a molecular mechanism known to enforce HIV latency can be therapeutically targeted in humans, provides proof-of-concept for histone deacetylase inhibitors as a therapeutic class, and defines a precise approach to test novel strategies to attack and eradicate latent HIV infection directly.

The possibility of HIV-1 eradication has been limited by the existence of latently infected cellular reservoirs. Studies to examine control of HIV latency and potential reactivation have been hindered by the small numbers of latently infected cells found in vivo. Major conceptual leaps have been facilitated by the use of latently infected T cell lines and primary cells. However, notable differences exist among cell model systems. Furthermore, screening efforts in specific cell models have identified drug candidates for “anti-latency” therapy, which often fail to reactivate HIV uniformly across different models. Therefore, the activity of a given drug candidate, demonstrated in a particular cellular model, cannot reliably predict its activity in other cell model systems or in infected patient cells, tested ex vivo. This situation represents a critical knowledge gap that adversely affects our ability to identify promising treatment compounds and hinders the advancement of drug testing into relevant animal models and clinical trials. To begin to understand the biological characteristics that are inherent to each HIV-1 latency model, we compared the response properties of five primary T cell models, four J-Lat cell models and those obtained with a viral outgrowth assay using patient-derived infected cells. A panel of thirteen stimuli that are known to reactivate HIV by defined mechanisms of action was selected and tested in parallel in all models. Our results indicate that no single in vitro cell model alone is able to capture accurately the ex vivo response characteristics of latently infected T cells from patients. Most cell models demonstrated that sensitivity to HIV reactivation was skewed toward or against specific drug classes. Protein kinase C agonists and PHA reactivated latent HIV uniformly across models, although drugs in most other classes did not.

Antiretroviral drugs are found at different concentrations in human cervical, vaginal, and rectal mucosal tissues with implications for designing PrEP trials to prevent HIV transmission.

Abstract Bictegravir (BIC), an integrase inhibitor, and doravirine (DOR), a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor, were recently approved by the US FDA for HIV treatment and are recommended first line treatment options. Because certain clinical scenarios warrant using them in combination, we developed a fully validated LC-MS/MS method for simultaneous measurement of BIC and DOR, along with a legacy integrase inhibitor, raltegravir (RAL), in human plasma over a clinically relevant 1000-fold range for each analyte. These analytes were extracted from the plasma by protein precipitation with their stable, isotopically labeled internal standards (BIC-d 5 , 13 C 6 -DOR, and RAL-d 6 ). Following extraction, samples were analyzed by reverse phase chromatography on a Waters Atlantis T3 C18 (50×2.1mm, 3um particle size) column with subsequent detection by electrospray ionization in positive ion mode on an AB Sciex API-5000 triple quadrupole mass spectrometer. The assay was linear (R 2 >0.994) over the selected calibration ranges (20.0-20,000ng/mL (BIC), 3.00-3,000ng/mL (DOR), and 10.0-10,000 (RAL)). The assay was accurate (inter-assay %Bias ≤±8.5) and precise (inter-assay %CV ≤11.4). This method was validated according to FDA guidance for industry and can be used to assess the pharmacokinetics of two newly approved antiretrovirals, or to support therapeutic drug monitoring for modern antiretroviral therapy.

Virologic suppression with antiretroviral therapy (ART) has significantly improved health outcomes for people living with HIV, yet challenges related to chronic inflammation in the central nervous system (CNS) - known as Neuro-HIV- persist. As primary targets for HIV-1 with the ability to survey and populate the CNS and interact with myeloid cells to co-ordinate neuroinflammation, CD4 T cells are pivotal in Neuro-HIV. Despite their importance, our understanding of CD4 T cell distribution in virus-targeted CNS tissues, their response to infection, and potential recovery following initiation of ART remain limited. To address these gaps, we studied ten SIVmac251-infected rhesus macaques using an ART regimen simulating suboptimal adherence. We evaluated four macaques during the acute phase pre-ART and six during the chronic phase. Our data revealed that HIV target CCR5+ CD4 T cells inhabit both the brain parenchyma and adjacent CNS tissues, encompassing choroid plexus stroma, dura mater, and the skull bone marrow. Aligning with the known susceptibility of CCR5+ CD4 T cells to viral infection and their presence within the CNS, high levels of viral RNA were detected in the brain parenchyma and its border tissues during acute SIV infection. Single-cell RNA sequencing of CD45+ cells from the brain revealed colocalization of viral transcripts within CD4 clusters and significant activation of antiviral molecules and specific effector programs within T cells, indicating CNS CD4 T cell engagement during infection. Despite viral suppression with ART, acute infection led to significant depletion of CNS CD4 T cells, persisting into the chronic phase. These findings underscore the functional involvement of CD4 T cells within the CNS during SIV infection, enhancing our understanding of their role in establishing CNS viral presence. Our results offer insights for potential T cell-focused interventions while also underscoring the challenges in eradicating HIV from the CNS, even with effective ART.

Abstract Objective measures of adherence for antiretrovirals used as pre-exposure prophylaxis (PrEP) are critical for improving preventative efficacy in both clinical trials and real-world application. Current objective adherence measures either reflect only recent behavior (eg days for plasma or urine) or cumulative behavior (eg months for dried blood spots). We measured the accumulation of the antiretroviral drug maraviroc (MVC) in hair strands by infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (IR-MALDESI) mass spectrometry imaging (MSI) to evaluate adherence behavior longitudinally at high temporal resolution. An MSI threshold for classifying daily adherence was established using clinical samples from healthy volunteers following directly observed dosing of 1 to 7 doses MVC/week. We then used the benchmarked MSI assay to classify adherence to MVC-based PrEP regimens in hair samples collected throughout the 49-week HPTN069/ACTGA5305 study. We found that only ~32% of investigated hair samples collected during the study’s active dosing period showed consistent daily PrEP adherence throughout a retrospective period of 30 days, and also found that profiles of daily individual adherence from MSI hair analysis could identify when patients were and were not taking study drug. The assessment of adherence from MSI hair strand analysis was 62% lower than adherence classified using paired plasma samples, the latter of which may be influenced by white-coat adherence. These findings demonstrate the ability of MSI hair analysis to examine daily variability of adherence behavior over a longer-term measurement and offer the potential for longitudinal comparison with risk behavior to target patient-specific adherence interventions and improve outcomes.

Abstract Clinical therapeutics are becoming increasingly reliant on data science and computational data analytical tools to predict drug behavior in unobserved conditions or populations. These in silico approaches, collectively termed “pharmacometrics”, derive biological meaning from the analysis of pooled drug concentration vs. time (CvT) datasets. However, the field lacks standardization for pharmacokinetic (PK) data description and sharing, instead requiring deep dives into the literature and expert data annotation for aggregate data mining. Here we introduce a minimum information sharing standard for PK studies composed of three categories (Intervention, System, and Effects) and implement this standard in the development of a web-based PK database: the HIV Pharmacology Data Repository (PDR). We demonstrate the utility of the HIV PDR by computational modeling of aggregated and curated CvT data extracted from the HIV PDR.

The process by which drug-resistant HIV-1 arises and spreads spatially within an infected individual is poorly understood. Studies have found variable results relating how HIV-1 in the blood differs from virus sampled in tissues, offering conflicting findings about whether HIV-1 throughout the body is homogeneously distributed. However, most of these studies sample only two compartments and few have data from multiple time points. To directly measure how drug resistance spreads within a host and to assess how spatial structure impacts its emergence, we examined serial sequences from four macaques infected with RT-SHIVmne027, a simian immunodeficiency virus encoding HIV-1 reverse transcriptase (RT), and treated with RT inhibitors. Both viral DNA and RNA (vDNA and vRNA) were isolated from the blood (including plasma and peripheral blood mononuclear cells), lymph nodes, gut, and vagina at a median of four time points and RT was characterized via single-genome sequencing. The resulting sequences reveal a dynamic system in which vRNA rapidly acquires drug resistance concomitantly across compartments through multiple independent mutations. Fast migration results in the same viral genotypes present across compartments, but not so fast as to equilibrate their frequencies through time. The blood and lymph nodes were found to be compartmentalized rarely, while both the blood and lymph node were more frequently different from mucosal tissues. There is some evidence for an increase in compartmentalization after the onset of selective pressure. This study suggests that even oft-sampled blood does not fully capture the viral dynamics in other parts of the body, especially the gut where vRNA turnover was faster than the plasma and vDNA retained fewer wild-type viruses than other sampled compartments. Our findings of transient compartmentalization across multiple tissues may help explain the varied results of previous compartmentalization studies in HIV-1.

Current approaches do not eliminate all HIV-1 maternal-to-infant transmissions (MTIT); new prevention paradigms might help avert new infections. We administered Maraviroc (MVC) to rhesus macaques (RMs) to block CCR5-mediated entry, followed by repeated oral exposure of a CCR5-dependent clone of simian immunodeficiency virus (SIV)mac251 (SIVmac766). MVC significantly blocked the CCR5 coreceptor in peripheral blood mononuclear cells and tissue cells. All control animals and 60% of MVC-treated infant RMs became infected by the 6th challenge, with no significant difference between the number of exposures (p=0.15). At the time of viral exposures, MVC plasma and tissue (including tonsil) concentrations were within the range seen in humans receiving MVC as a therapeutic. Both treated and control RMs were infected with only a single transmitted/founder variant, consistent with the dose of virus typical of HIV-1 infection. The uninfected RMs expressed the lowest levels of CCR5 on the CD4+ T cells. Ramp-up viremia was significantly delayed (p=0.05) in the MVC-treated RMs, yet peak and postpeak viral loads were similar in treated and control RMs. In conclusion, in spite of apparent effective CCR5 blockade in infant RMs, MVC had marginal impact on acquisition and only a minimal impact on post infection delay of viremia following oral SIV infection. Newly developed, more effective CCR5 blockers may have a more dramatic impact on oral SIV transmission than MVC.