Tecnologia Científica

Nanosponges poderia interceptar a infecção por coronavírus SARS-CoV-2
As
Por Ioana Patringenaru - 17/06/2020


Em experimentos de laboratório, os tipos de células do pulmão e células do sistema
imunológico das nanospongas fizeram com que o vírus SARS-CoV-2 perdesse quase
90% de sua "infectividade viral" de uma maneira dependente da dose. A infectividade
viral é uma medida da capacidade do vírus de entrar na célula hospedeira e explorar
seus recursos para replicar e produzir partículas virais infecciosas adicionais.
Crédito: David Baillot / Universidade da Califórnia em San Diego

Nanopartículas envoltas em membranas de células pulmonares humanas e membranas de células imunes humanas podem atrair e neutralizar o vírus SARS-CoV-2 na cultura de células, fazendo com que o vírus perca sua capacidade de sequestrar células hospedeiras e se reproduzir.

Os primeiros dados que descrevem essa nova direção de combate ao COVID-19 foram publicados em 17 de junho na revista Nano Letters . As "nanosponges" foram desenvolvidas por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego e testadas por pesquisadores da Universidade de Boston.

Os pesquisadores da UC San Diego chamam suas partículas de nanoescala de "nanosponges" porque absorvem patógenos e toxinas prejudiciais.

Em experiências de laboratório, tanto a célula de pulmão e tipos de células do sistema imunológico de nanoesponjas causou a SARS-CoV-2 vírus de perder cerca de 90% da sua "infectividade viral" de uma forma dependente da dose. A infectividade viral é uma medida da capacidade do vírus de entrar na célula hospedeira e explorar seus recursos para replicar e produzir partículas virais infecciosas adicionais.

Em vez de atacar o próprio vírus, essas nanosponges são projetadas para proteger as células saudáveis ​​que o vírus invade.

"Tradicionalmente, os desenvolvedores de medicamentos para doenças infecciosas mergulham profundamente nos detalhes do patógeno, a fim de encontrar alvos drogáveis. Nossa abordagem é diferente. Só precisamos saber quais são as células-alvo. E, então, pretendemos proteger os alvos criando biomiméticos. engodos ", disse Liangfang Zhang, professor de nanoengenharia da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs.

Seu laboratório criou essa plataforma biomimética de nanopontas há mais de uma década e, desde então, a desenvolve para uma ampla gama de aplicações. Quando o novo coronavírus apareceu, a ideia de usar a plataforma de nanopartículas para combatê-lo chegou a Zhang "quase imediatamente", disse ele.

Além dos dados encorajadores sobre a neutralização do vírus na cultura de células, os pesquisadores observam que as nano esponjas encobertas com fragmentos das membranas externas dos macrófagos podem ter um benefício adicional: absorver proteínas de citocinas inflamatórias, implicadas em alguns dos aspectos mais perigosos do COVID-19 e são impulsionadas pela resposta imune à infecção.

Fazendo e testando nanosponges COVID-19

Cada nano-esponja COVID-19 - mil vezes menor que a largura de um cabelo humano - consiste em um núcleo de polímero revestido em membranas celulares extraídas de células epiteliais pulmonares tipo II ou células de macrófagos. As membranas cobrem as esponjas com todos os mesmos receptores de proteína que as células que representam - e isso inclui inerentemente todos os receptores que o SARS-CoV-2 usa para entrar nas células do corpo.

Os pesquisadores prepararam várias concentrações diferentes de nanosponges em solução para testar contra o novo coronavírus. Para testar a capacidade das nanospongas de bloquear a infectividade por SARS-CoV-2, os pesquisadores da UC San Diego se voltaram para uma equipe dos Laboratórios Nacionais de Doenças Infecciosas Emergentes (NEIDL) da Universidade de Boston para realizar testes independentes. Neste laboratório do BSL-4 - o mais alto nível de biossegurança de um centro de pesquisa -, os pesquisadores, liderados por Anthony Griffiths, professor associado de microbiologia da Faculdade de Medicina da Universidade de Boston, testaram a capacidade de várias concentrações de cada tipo de nano-esponja para reduzir a infectividade de vírus vivo SARS-CoV-2 - as mesmas cepas que estão sendo testadas em outras pesquisas terapêuticas e de vacinas COVID-19.
 
A uma concentração de 5 miligramas por mililitro, as esponjas envoltas em membrana das células pulmonares inibiram 93% da infectividade viral de SARS-CoV-2. As esponjas encobertas por macrófagos inibiram 88% da infectividade viral de SARS-CoV-2. A infectividade viral é uma medida da capacidade do vírus de entrar na célula hospedeira e explorar seus recursos para replicar e produzir partículas virais infecciosas adicionais.

"Do ponto de vista de um imunologista e virologista, a plataforma de nano-esponja era imediatamente atraente como um antiviral em potencial por causa de sua capacidade de trabalhar contra vírus de qualquer tipo. Isso significa que, ao contrário de um medicamento ou anticorpo que pode bloquear especificamente o SARS-CoV -2 infecção ou replicação, essas nano esponjas da membrana celular podem funcionar de uma maneira mais holística no tratamento de um amplo espectro de doenças infecciosas virais.Eu fui otimista inicialmente cético quanto ao funcionamento, e fiquei emocionado quando vi os resultados e afundou no que isso pode significar o desenvolvimento terapêutico como um todo ", disse Anna Honko, co-primeira autora do artigo e professora associada de pesquisa em microbiologia dos Laboratórios Nacionais de Doenças Infecciosas Emergentes (NEIDL) da Universidade de Boston.

Nos próximos meses, os pesquisadores e colaboradores da UC San Diego avaliarão a eficácia das nanosponges em modelos animais. A equipe da UC San Diego já demonstrou segurança a curto prazo nas vias respiratórias e nos pulmões dos ratos. Se e quando essas nanospongas COVID-19 serão testadas em seres humanos depende de uma variedade de fatores, mas os pesquisadores estão se movendo o mais rápido possível.

"Outro aspecto interessante de nossa abordagem é que, mesmo quando o SARS-CoV-2 sofre mutação, desde que o vírus ainda possa invadir as células que estamos imitando, nossa abordagem de nano-esponja ainda deve funcionar. Não tenho certeza de que isso possa ser dito. das vacinas e terapêuticas que estão sendo desenvolvidas atualmente ", disse Zhang.

Os pesquisadores também esperam que essas nano esponjas funcionem contra qualquer novo coronavírus ou até outros vírus respiratórios, incluindo qualquer vírus que possa desencadear a próxima pandemia respiratória.

Imitando células epiteliais do pulmão e células imunes

Como o novo coronavírus infecta células epiteliais do pulmão como o primeiro passo na infecção por COVID-19, Zhang e seus colegas argumentaram que faria sentido esconder uma nanopartícula em fragmentos das membranas externas das células epiteliais do pulmão para ver se o vírus poderia estar infectado. enganado em trancá-lo em vez de uma célula do pulmão.

Os macrófagos, que são os glóbulos brancos que desempenham um papel importante na inflamação, também são muito ativos no pulmão durante o curso de uma doença de COVID-19; portanto, Zhang e seus colegas criaram uma segunda esponja envolta na membrana dos macrófagos.

A equipe de pesquisa planeja estudar se as esponjas de macrófagos também têm a capacidade de acalmar tempestades de citocinas em pacientes com COVID-19.

A pesquisadora Anna Honko prepara o ensaio no BSL-4 nos Laboratórios Nacionais
de Doenças Infecciosas Emergentes (NEIDL). Crédito: Laboratório Griffiths nos
Laboratórios Nacionais de Doenças Infecciosas Emergentes da Universidade
de Boston (NEIDL).

"Veremos se as nano esponjas de macrófagos podem neutralizar a quantidade excessiva dessas citocinas, bem como neutralizar o vírus", disse Zhang.

O uso de fragmentos de células de macrófagos como capas se baseia em anos de trabalho para desenvolver terapias para sepse usando nanosponges de macrófagos.

Em um artigo publicado em 2017 na Proceedings da National Academy of Sciences , Zhang e uma equipe de pesquisadores da UC San Diego mostraram que as nano esponjas de macrófagos podem neutralizar com segurança tanto as endotoxinas quanto as citocinas pró-inflamatórias na corrente sanguínea de ratos. O co-fundador da Zhang, chamado Cellics Therapeutics, está trabalhando para traduzir esse trabalho de nano-esponja de macrófagos para a clínica.

Um potencial tratamento terapêutico com COVID-19 A plataforma de nano-esponja COVID-19 tem testes significativos pela frente antes que os cientistas saibam se seria uma terapia segura e eficaz contra o vírus em humanos, advertiu Zhang. Mas se as esponjas atingirem o estágio do ensaio clínico, existem várias maneiras possíveis de administrar a terapia que incluem a entrega direta no pulmão para pacientes intubados, por meio de um inalador como para pacientes asmáticos ou por via intravenosa, especialmente para tratar a complicação da tempestade de citocinas.

Uma dose terapêutica de nanosponges pode inundar o pulmão com um trilhão ou mais nanosponges minúsculos que poderiam afastar o vírus das células saudáveis. Uma vez que o vírus se liga a uma esponja, "ele perde sua viabilidade e não é mais infectante, e será absorvido por nossas próprias células imunológicas e digerido", disse Zhang.

"Eu vejo potencial para um tratamento preventivo, para uma terapêutica que pode ser administrada precocemente porque, uma vez que as nanosponges entram no pulmão, elas podem permanecer no pulmão por algum tempo", disse Zhang. "Se um vírus vier, ele poderá ser bloqueado se houver nanosponges esperando por ele".

Momento crescente para as nanosponges

O laboratório de Zhang na UC San Diego criou as primeiras nanopartículas revestidas por membrana há mais de uma década. A primeira dessas nano esponjas estava encoberta por fragmentos de membranas de glóbulos vermelhos. Essas nano esponjas estão sendo desenvolvidas para tratar a pneumonia bacteriana e passaram por todas as etapas dos testes pré-clínicos da Cellics Therapeutics, a startup de San Diego fundada por Zhang. Atualmente, a empresa está enviando o pedido de novo medicamento experimental (IND) ao FDA para seu candidato principal: nanosponges de glóbulos vermelhos para o tratamento de pneumonia por Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA). A empresa estima que os primeiros pacientes em um ensaio clínico serão administrados no próximo ano.

Os pesquisadores da UC San Diego também mostraram que as nanosponges podem fornecer medicamentos para o local de uma ferida; absorver toxinas bacterianas que desencadeiam sepse; e interceptar o HIV antes que ele possa infectar células T humanas .

A construção básica de cada uma dessas nanoesponjas é a mesma: um núcleo de polímero biodegradável e aprovado pela FDA é revestido em um tipo específico de membrana celular, para que possa ser disfarçado de glóbulo vermelho, célula T imune ou plaquetas célula. A camuflagem impede o sistema imunológico de detectar e atacar as partículas como invasores perigosos.

"Penso nos fragmentos da membrana celular como ingredientes ativos. Essa é uma maneira diferente de ver o desenvolvimento de medicamentos", disse Zhang. "Para o COVID-19, espero que outras equipes criem terapias e vacinas seguras e eficazes o mais rápido possível. Ao mesmo tempo, estamos trabalhando e planejando como se o mundo estivesse contando conosco".

 

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