Designer nanopartikler ødelægger en bred vifte af vira

Virale infektioner dræber millioner af mennesker verden over hvert år, men i øjeblikket tilgængelige antivirale lægemidler er begrænsede, idet de for det meste virker mod en eller en lille håndfuld relaterede vira. Der findes nogle få bredspektrede lægemidler, der forhindrer virusindtrængning i raske celler, men de skal normalt tages kontinuerligt for at forhindre infektion, og resistens gennem viral mutation er en alvorlig risiko.

Nu, en international gruppe forskere, herunder UIC -professor i kemi Petr Kral, har designet nye antivirale nanopartikler, der binder sig til en række vira, herunder herpes simplex -virus, humant papillomavirus, respiratorisk syncytial virus og Dengue og Lentivirus. I modsætning til andre bredspektrede antivirale midler, som simpelthen forhindrer virus i at inficere celler, de nye nanopartikler ødelægger vira.

Holdets resultater er rapporteret i journalen Naturmaterialer .

De nye nanopartikler efterligner et celleoverfladeprotein kaldet heparinsulfatproteoglycan (HSPG). En betydelig del af vira, herunder hiv, indtaste og inficere raske celler ved først at binde til HSPG'er på celleoverfladen. Eksisterende lægemidler, der efterligner HSPG, binder sig til virussen og forhindrer den i at binde sig til celler, men bindingsstyrken er relativt svag. Disse lægemidler kan heller ikke ødelægge vira, og vira kan genaktiveres, når lægemiddelkoncentrationen reduceres.

Kral og hans kolleger, herunder Lela Vukovic, adjunkt i kemi ved University of Texas i El Paso og en forfatter på papiret, søgte at designe en ny antiviral nanopartikel baseret på HSPG, men en, der ville binde mere tæt til viruspartikler og ødelægge dem på samme tid.

For at specialdesigne de antivirale nanopartikler, Kral og Vukovics grupper arbejdede hånd i hånd med eksperimentelle, viruseksperter og biokemikere fra Schweiz, Italien, Frankrig og Tjekkiet.

"Vi kendte den generelle sammensætning af de HSPG-bindende virale domæner, nanopartiklerne skulle binde sig til, og nanopartiklernes strukturer, men vi forstod ikke, hvorfor forskellige nanopartikler opfører sig så forskelligt hvad angår både bindingsstyrke og forhindring af virusindtrængning i celler, "sagde Kral.

Gennem udførlige simuleringer, Kral og kolleger hjalp med at løse disse spørgsmål og guidede eksperimentelisterne til at tilpasse nanopartikeldesignet, så de fungerede bedre.

Forskerne brugte avancerede beregningsmodelleringsteknikker til at generere præcise strukturer af forskellige målvira og nanopartikler ned til placeringen af ​​hvert atom. En dyb forståelse af interaktionerne mellem individuelle grupper af atomer inden for vira og nanopartikler gjorde det muligt for forskerne at estimere styrken og varigheden af ​​potentielle bindinger, der kunne dannes mellem de to enheder, og hjalp dem med at forudsige, hvordan bindingen kunne ændre sig over tid og i sidste ende ødelægge virussen.

Holdets sidste "udkast" til den antivirale nanopartikel kunne binde irreversibelt til en række vira, og forårsagede dødelige deformationer af vira, men havde ingen effekt på sunde væv eller celler. In vitro -forsøg med nanopartikler viste, at de bundet irreversibelt til herpes simplex -virus, humant papillomavirus, syncytial virus, Dengue -virus og Lentivirus.

"Vi var i stand til at levere de nødvendige data til designteamet, så de kunne udvikle en prototype af det, vi håber vil være et meget effektivt og sikkert bredspektret antiviralt stof, der kan bruges til at redde liv, "sagde Kral.