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Gli scienziati progettano “nanotrappole” per catturare e eliminare il coronavirus

Rendering del legame di Nanotrap SARS-CoV-2. Nanotrap è mostrato con un nucleo giallo, guscio fosfolipidico verde e particelle funzionalizzate rosse per legare il virus (ACE2 o anticorpo neutralizzante). Gli strati di proteine ​​virali sono mostrati in grigio e sono decorati con la proteina Spike (verde) e la glicoproteina (rossa). Credito: Huang Lab

I ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering (PME) dell’Università di Chicago hanno progettato un trattamento potenziale completamente nuovo per COVID-19: nanoparticelle che catturano i virus SARS-CoV-2 all’interno del corpo e quindi utilizzano il sistema immunitario del corpo per distruggere esso.

Questi “Nanotraps” attirano il virus imitando le cellule bersaglio che il virus infetta. Quando il virus si lega alle Nanotraps, le trappole sequestrano il virus da altre cellule e lo mirano alla distruzione da parte del sistema immunitario .

In teoria, questi Nanotraps potrebbero essere utilizzati anche su varianti del virus, portando a un potenziale nuovo modo per inibire il virus in futuro. Sebbene la terapia rimanga nelle prime fasi del test, i ricercatori immaginano che potrebbe essere somministrata tramite uno spray nasale come trattamento per

I ricercatori hanno testato la sicurezza del sistema in un modello murino e non hanno riscontrato tossicità. Hanno quindi testato il Nanotraps contro uno pseudovirus – un modello meno potente di un virus che non si replica – in cellule polmonari umane in piastre di coltura tissutale e hanno scoperto che bloccavano completamente l’ingresso nelle cellule.

Una volta che lo pseudovirus si è legato alla nanoparticella, che nei test ha impiegato circa 10 minuti dopo l’iniezione, le nanoparticelle hanno utilizzato una molecola che chiama i macrofagi del corpo per inghiottire e degradare la nanotrappola. I macrofagi generalmente mangiano le nanoparticelle all’interno del corpo, ma la molecola Nanotrap accelera il processo. Le nanoparticelle sono state eliminate e degradate entro 48 ore.

I ricercatori hanno anche testato le con uno pseudovirus in un sistema di perfusione polmonare ex vivo – un paio di polmoni donati che viene mantenuto in vita con un ventilatore – e hanno scoperto che bloccavano completamente l’infezione nei polmoni.

Hanno anche collaborato con i ricercatori dell’Argonne National Laboratory per testare i Nanotraps con un virus vivo (piuttosto che uno pseudovirus) in un sistema in vitro. Hanno scoperto che il loro sistema ha inibito il virus 10 volte meglio degli anticorpi neutralizzanti o dell’ACE2 solubile da solo.

Un potenziale trattamento futuro per COVID-19 e oltre

Successivamente i ricercatori sperano di testare ulteriormente il sistema, inclusi più test con un virus vivo e sulle numerose varianti di virus.

“Questo è ciò che è così potente in questo Nanotrap”, ha detto Rosenberg. “È facilmente modulabile. Possiamo cambiare diversi anticorpi o proteine ​​o prendere di mira diverse cellule immunitarie, in base a ciò di cui abbiamo bisogno con nuove varianti”.

I Nanotraps possono essere conservati in un congelatore standard e alla fine potrebbero essere somministrati tramite uno spray intranasale, che li collocherebbe direttamente nel sistema respiratorio e li renderebbe più efficaci.

I ricercatori dicono che è anche possibile fungere da vaccino ottimizzando la formulazione Nanotrap, creando un sistema terapeutico definitivo per il virus.

“Questo è il punto di partenza”, ha detto Huang. “Vogliamo fare qualcosa per aiutare il mondo”.

La ricerca ha coinvolto collaboratori di tutti i dipartimenti, inclusi chimica, biologia e medicina.

I risultati sono stati pubblicati il ​​19 aprile sulla rivista Matter .

“Dall’inizio della pandemia, il nostro team di ricerca ha sviluppato questo nuovo modo per trattare il COVID-19”, ha detto Asst. Prof. Jun Huang, il cui laboratorio ha guidato la ricerca. “Abbiamo eseguito test rigorosi per dimostrare che questi Nanotraps funzionano e siamo entusiasti del loro potenziale”.

Progettare la trappola perfetta

Per progettare il Nanotrap, il team di ricerca, guidato dallo studioso post-dottorato Min Chen e dalla studentessa laureata Jill Rosenberg, ha esaminato il meccanismo utilizzato da SARS-CoV-2 per legarsi alle cellule: una proteina simile a un picco sulla sua superficie che si lega a una cellula umana. Proteina del recettore ACE2.

Per creare una trappola che si legasse al virus allo stesso modo, hanno progettato nanoparticelle con un’alta densità di proteine ​​ACE2 sulla loro superficie. Allo stesso modo, hanno progettato altre nanoparticelle con anticorpi neutralizzanti sulle loro superfici. (Questi anticorpi vengono creati all’interno del corpo quando qualcuno è infetto e sono progettati per attaccarsi al coronavirus in vari modi).

Sia le proteine ​​ACE2 che gli anticorpi neutralizzanti sono stati utilizzati nei trattamenti per il COVID-19, ma legandoli a nanoparticelle, i ricercatori hanno creato un sistema ancora più robusto per intrappolare ed eliminare il virus.

Realizzate con polimeri e fosfolipidi approvati dalla FDA, le nanoparticelle hanno un diametro di circa 500 nanometri, molto più piccole di una cellula. Ciò significa che i Nanotraps possono raggiungere più aree all’interno del corpo e intrappolare più efficacemente il virus.

Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) del virus SARS-CoV-2 pseudotipato di legame di Nanotrap (arancione) (ciano). Credito: Huang Lab

I ricercatori hanno testato la sicurezza del sistema in un modello murino e non hanno riscontrato tossicità. Hanno quindi testato il Nanotraps contro uno pseudovirus – un modello meno potente di un virus che non si replica – in cellule polmonari umane in piastre di coltura tissutale e hanno scoperto che bloccavano completamente l’ingresso nelle cellule.

Una volta che lo pseudovirus si è legato alla nanoparticella, che nei test ha impiegato circa 10 minuti dopo l’iniezione, le nanoparticelle hanno utilizzato una molecola che chiama i macrofagi del corpo per inghiottire e degradare la nanotrappola. I macrofagi generalmente mangiano le nanoparticelle all’interno del corpo, ma la molecola Nanotrap accelera il processo. Le nanoparticelle sono state eliminate e degradate entro 48 ore.

I ricercatori hanno anche testato le nanoparticelle con uno pseudovirus in un sistema di perfusione polmonare ex vivo – un paio di polmoni donati che viene mantenuto in vita con un ventilatore – e hanno scoperto che bloccavano completamente l’infezione nei polmoni.

Hanno anche collaborato con i ricercatori dell’Argonne National Laboratory per testare i Nanotraps con un virus vivo (piuttosto che uno pseudovirus) in un sistema in vitro. Hanno scoperto che il loro sistema ha inibito il virus 10 volte meglio degli anticorpi neutralizzanti o dell’ACE2 solubile da solo.

Un potenziale trattamento futuro per COVID-19 e oltre

Successivamente i ricercatori sperano di testare ulteriormente il sistema, inclusi più test con un virus vivo e sulle numerose varianti di virus.

“Questo è ciò che è così potente in questo Nanotrap”, ha detto Rosenberg. “È facilmente modulabile. Possiamo cambiare diversi anticorpi o proteine ​​o prendere di mira diverse cellule immunitarie in base a ciò di cui abbiamo bisogno con le nuove varianti”.

I Nanotraps possono essere conservati in un congelatore standard e alla fine potrebbero essere somministrati tramite uno spray intranasale, che li collocherebbe direttamente nel sistema respiratorio e li renderebbe più efficaci.

I ricercatori dicono che è anche possibile fungere da vaccino ottimizzando la formulazione Nanotrap, creando un sistema terapeutico definitivo per il virus.

“Questo è il punto di partenza”, ha detto Huang. “Vogliamo fare qualcosa per aiutare il mondo”.

La ricerca ha coinvolto collaboratori di tutti i dipartimenti, inclusi chimica, biologia e medicina.

 

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