Nanoparta­culas envoltas em membranas de células pulmonares humanas e membranas de células imunes humanas podem atrair e neutralizar o va­rus SARS-CoV-2 na cultura de células, fazendo com que o va­rus 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 suaspartículas de nanoescala de "nanosponges" porque absorvem patógenos e toxinas prejudiciais.

Em experiências de laboratório, tanto a canãlula de pulma£o e tipos de células do sistema imunológico de nanoesponjas causou a SARS-CoV-2 va­rus de perder cerca de 90% da sua "infectividade viral" de uma forma dependente da dose. A infectividade viral éuma medida da capacidade do va­rus de entrar na canãlula hospedeira e explorar seus recursos para replicar e produzirpartículas virais infecciosas adicionais.

Em vez de atacar o pra³prio va­rus, essas nanosponges são projetadas para proteger as células sauda¡veis ​​que o va­rus invade.

"Tradicionalmente, os desenvolvedores de medicamentos para doenças infecciosas mergulham profundamente nos detalhes do pata³geno, a fim de encontrar alvos droga¡veis. Nossa abordagem édiferente. Sa³ precisamos saber quais são as células-alvo. E, então, pretendemos proteger os alvos criando biomimanãticos. engodos ", disse Liangfang Zhang, professor de nanoengenharia da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs.

Seu laboratório criou essa plataforma biomimanãtica de nanopontas hámais de uma década e, desde então, a desenvolve para uma ampla gama de aplicações. Quando o novo coronava­rus apareceu, a ideia de usar a plataforma de nanoparta­culas para combataª-lo chegou a Zhang "quase imediatamente", disse ele.

Além dos dados encorajadores sobre a neutralização do va­rus na cultura de células, os pesquisadores observam que as nano esponjas encobertas com fragmentos das membranas externas dos macra³fagos podem ter um benefa­cio adicional: absorver protea­nas de citocinas inflamata³rias, implicadas em alguns dos aspectos mais perigosos do COVID-19 e são impulsionadas pela resposta imune a  infecção.

Cada nano-esponja COVID-19 - mil vezes menor que a largura de um cabelo humano - consiste em um núcleo de pola­mero revestido em membranas celulares extraa­das de células epiteliais pulmonares tipo II ou células de macra³fagos. As membranas cobrem as esponjas com todos os mesmos receptores de protea­na 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 coronava­rus. 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 Laborata³rios Nacionais de Doena§as Infecciosas Emergentes (NEIDL) da Universidade de Boston para realizar testes independentes. Neste laboratório do BSL-4 - o mais altonívelde 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 va­rus vivo SARS-CoV-2 - as mesmas cepas que estãosendo testadas em outras pesquisas terapaªuticas 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 macra³fagos inibiram 88% da infectividade viral de SARS-CoV-2. A infectividade viral éuma medida da capacidade do va­rus de entrar na canãlula hospedeira e explorar seus recursos para replicar e produzirpartículas 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 va­rus de qualquer tipo. Isso significa que, ao contra¡rio 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 hola­stica no tratamento de um amplo espectro de doenças infecciosas virais.Eu fui otimista inicialmente canãtico quanto ao funcionamento, e fiquei emocionado quando vi os resultados e afundou no que isso pode significar o desenvolvimento terapaªutico como um todo ", disse Anna Honko, co-primeira autora do artigo e professora associada de pesquisa em microbiologia dos Laborata³rios Nacionais de Doena§as Infecciosas Emergentes (NEIDL) da Universidade de Boston.

Nos pra³ximos meses, os pesquisadores e colaboradores da UC San Diego avaliara£o a eficácia das nanosponges em modelos animais. A equipe da UC San Diego já demonstrou segurança a curto prazo nas vias respirata³rias e nos pulmaµes dos ratos. Se e quando essas nanospongas COVID-19 sera£o testadas em seres humanos depende de uma variedade de fatores, mas os pesquisadores estãose movendo o mais rápido possí­vel.

"Outro aspecto interessante de nossa abordagem éque, mesmo quando o SARS-CoV-2 sofre mutação, desde que o va­rus ainda possa invadir as células que estamos imitando, nossa abordagem de nano-esponja ainda deve funcionar. Nãotenho certeza de que isso possa ser dito. das vacinas e terapaªuticas que estãosendo desenvolvidas atualmente ", disse Zhang.

Os pesquisadores também esperam que essas nano esponjas funcionem contra qualquer novo coronava­rus ou atéoutros va­rus respirata³rios, incluindo qualquer va­rus que possa desencadear a próxima pandemia respirata³ria.

Como o novo coronava­rus infecta células epiteliais do pulma£o como o primeiro passo na infecção por COVID-19, Zhang e seus colegas argumentaram que faria sentido esconder uma nanoparta­cula em fragmentos das membranas externas das células epiteliais do pulma£o para ver se o va­rus poderia estar infectado. enganado em tranca¡-lo em vez de uma canãlula do pulma£o.

Os macra³fagos, que são os gla³bulos brancos que desempenham um papel importante na inflamação, também são muito ativos no pulma£o durante o curso de uma doença de COVID-19; portanto, Zhang e seus colegas criaram uma segunda esponja envolta na membrana dos macra³fagos.

A equipe de pesquisa planeja estudar se as esponjas de macra³fagos também tem a capacidade de acalmar tempestades de citocinas em pacientes com COVID-19.

"Veremos se as nano esponjas de macra³fagos podem neutralizar a quantidade excessiva dessas citocinas, bem como neutralizar o va­rus", disse Zhang.

O uso de fragmentos de células de macra³fagos como capas se baseia em anos de trabalho para desenvolver terapias para sepse usando nanosponges de macra³fagos.

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 macra³fagos podem neutralizar com segurança tanto as endotoxinas quanto as citocinas pra³-inflamata³rias na corrente sanguínea de ratos. O co-fundador da Zhang, chamado Cellics Therapeutics, estãotrabalhando para traduzir esse trabalho de nano-esponja de macra³fagos para a cla­nica.

Um potencial tratamento terapaªutico 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 va­rus em humanos, advertiu Zhang. Mas se as esponjas atingirem o esta¡gio do ensaio cla­nico, existem várias maneiras possa­veis de administrar a terapia que incluem a entrega direta no pulma£o para pacientes intubados, por meio de um inalador como para pacientes asma¡ticos ou por via intravenosa, especialmente para tratar a complicação da tempestade de citocinas.

Uma dose terapaªutica de nanosponges pode inundar o pulma£o com um trilha£o ou mais nanosponges minaºsculos que poderiam afastar o va­rus das células sauda¡veis. Uma vez que o va­rus se liga a uma esponja, "ele perde sua viabilidade e não émais infectante, e seráabsorvido por nossas próprias células imunola³gicas e digerido", disse Zhang.

"Eu vejo potencial para um tratamento preventivo, para uma terapaªutica que pode ser administrada precocemente porque, uma vez que as nanosponges entram no pulma£o, elas podem permanecer no pulma£o por algum tempo", disse Zhang. "Se um va­rus vier, ele podera¡ ser bloqueado se houver nanosponges esperando por ele".

O laboratório de Zhang na UC San Diego criou as primeiras nanoparta­culas revestidas por membrana hámais de uma década. A primeira dessas nano esponjas estava encoberta por fragmentos de membranas de gla³bulos vermelhos. Essas nano esponjas estãosendo 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 estãoenviando o pedido de novo medicamento experimental (IND) ao FDA para seu candidato principal: nanosponges de gla³bulos vermelhos para o tratamento de pneumonia por Staphylococcus aureus resistente a  meticilina (MRSA). A empresa estima que os primeiros pacientes em um ensaio cla­nico sera£o administrados no pra³ximo 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 ba¡sica de cada uma dessas nanoesponjas éa mesma: um núcleo de pola­mero biodegrada¡vel e aprovado pela FDA érevestido em um tipo especa­fico de membrana celular, para que possa ser disfara§ado de gla³bulo vermelho, canãlula T imune ou plaquetas canãlula. A camuflagem impede o sistema imunológico de detectar e atacar aspartículas como invasores perigosos.

"Penso nos fragmentos da membrana celular como ingredientes ativos. Essa éuma 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".