Lækkerepartikler snyder coronavirus, mens det udvikler sig

De kan ligne celler og opføre sig som celler. Men en ny potentiel COVID-19-behandling er faktisk en smart forklædt trickster, som tiltrækker vira og binder dem, hvilket gør dem inaktive.

Efterhånden som den stadigt udviklende SARS-CoV-2-virus begynder at unddrage sig en gang lovende behandlinger, såsom monoklonale antistofterapier, er forskere blevet mere interesserede i disse "lokkede" nanopartikler. Efterligner almindelige celler, lokkedyrnanopartikler opsuger vira som en svamp og hæmmer dem i at inficere resten af ​​kroppen.

I en ny undersøgelse satte syntetiske biologer fra Northwestern University sig for at belyse de designregler, der er nødvendige for at gøre lokke-nanopartikler effektive og modstandsdygtige over for virusudslip. Efter at have designet og afprøvet forskellige iterationer identificerede forskerne et bredt sæt af lokkefugle - alle kan fremstilles ved hjælp af forskellige metoder - som var utroligt effektive mod den originale virus såvel som mutante varianter.

Faktisk var lokkedyrnanopartikler op til 50 gange mere effektive til at hæmme naturligt forekommende virale mutanter sammenlignet med traditionelle, proteinbaserede hæmmerlægemidler. Når de blev testet mod en viral mutant designet til at modstå sådanne behandlinger, var lokke-nanopartikler op til 1.500 gange mere effektive til at hæmme infektion.

Selvom der er behov for meget mere forskning og kliniske evalueringer, mener forskerne, at lokkedyr-nanopartikelinfusioner en dag potentielt kan bruges til at behandle patienter med alvorlige eller langvarige virusinfektioner.

Undersøgelsen blev offentliggjort i slutningen af ​​sidste uge (7. april) i tidsskriftet Small . I papiret testede holdet lokke-nanopartikler mod stam-SARS-CoV-2-virus og fem varianter (inklusive beta, delta, delta-plus og lambda) i en cellulær kultur.

"Vi viste, at lokkedue nanopartikler er effektive hæmmere af alle disse forskellige virale varianter," sagde Northwesterns Joshua Leonard, co-senior forfatter af undersøgelsen. "Selv varianter, der undslipper andre stoffer, undslap ikke vores lokke-nanopartikler."

"Mens vi udførte undersøgelsen, blev der ved med at dukke forskellige varianter op rundt om i verden," tilføjede Northwesterns Neha Kamat, co-senior forfatter af undersøgelsen. "Vi blev ved med at teste vores lokkefugle mod de nye varianter, og de blev bare ved med at virke. Det er meget effektivt."

Leonard er lektor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved Northwesterns McCormick School of Engineering. Kamat er assisterende professor i biomedicinsk teknik i McCormick. Begge er nøglemedlemmer af Northwesterns Center for Synthetic Biology.

'Evolutionær rock og et hårdt sted'

Da SARS-CoV-2-virussen har muteret for at skabe nye varianter, er nogle behandlinger blevet mindre effektive til at bekæmpe den stadigt udviklende virus. Bare i sidste måned satte den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) flere monoklonale antistofbehandlinger på pause, for eksempel på grund af deres svigt mod BA.2 omicron-subvarianten.

Men selv hvor behandlinger mislykkes, mistede lokke-nanopartiklerne i den nye undersøgelse aldrig effektivitet. Leonard sagde, at dette skyldes, at lokkefuglene sætter SARS-CoV-2 "mellem en evolutionær klippe og et hårdt sted."

SARS-CoV-2 inficerer humane celler ved at binde dets berygtede spikeprotein til den humane angiotensin-konverterende enzym 2 (ACE2)-receptor. Et protein på overfladen af ​​celler, ACE2 giver et indgangspunkt for virussen.

Til at designe lokke-nanopartikler brugte Northwestern-teamet partikler i nanostørrelse (ekstracellulære vesikler), der er naturligt frigivet fra alle celletyper. De konstruerede celler, der producerede disse partikler, til at overudtrykke genet for ACE2, hvilket førte til mange ACE2-receptorer på partiklernes overflader. Da virussen kom i kontakt med lokkefuglen, bindede den sig tæt til disse receptorer i stedet for til rigtige celler, hvilket gjorde virussen ude af stand til at inficere celler.

"For at virussen kan komme ind i en celle, skal den binde sig til ACE2-receptoren," sagde Leonard. "Decoy-nanopartikler udgør en evolutionær udfordring for SARS-CoV-2. Virusset ville være nødt til at finde på en helt anden måde at komme ind i celler på for at undgå behovet for at bruge ACE2-receptorer. Der er ingen åbenlys evolutionær flugtvej."

Fremtidige fordele

Ud over at være effektive mod lægemiddelresistente vira, kommer lokke-nanopartikler med flere andre fordele. Fordi de er biologiske (snarere end syntetiske) materialer, er nanopartiklerne mindre tilbøjelige til at fremkalde en immunreaktion, som forårsager betændelse og kan forstyrre lægemidlets effektivitet. De udviser også lav toksicitet, hvilket gør dem særligt velegnede til brug ved vedvarende eller gentagen administration til behandling af alvorligt syge patienter.

Da COVID-19-pandemien begyndte, oplevede forskere og klinikere en foruroligende kløft mellem at opdage virussen og udvikle nye lægemidler til at behandle den. Til den næste pandemi kunne lokke-nanopartikler give en hurtig, effektiv behandling, før vacciner udvikles.

"Lokkestrategien er en af ​​de mest umiddelbare ting, du kan prøve," sagde Leonard. "Så snart du kender receptoren, som virussen bruger, kan du begynde at bygge lokkepartikler med disse receptorer. Vi kunne potentielt fremskynde en tilgang som denne for at reducere alvorlig sygdom og død i de afgørende tidlige stadier af fremtidige virale pandemier." + Udforsk yderligere

'Decoy'-protein virker mod flere SARS-CoV-2-varianter