Las nanopartículas envueltas en las membranas de las células del pulmón humano y las membranas de las células inmunes humanas pueden atraer y neutralizar el virus SARS-CoV-2 en el cultivo celular, lo que hace que el virus pierda su capacidad de secuestrar las células huésped y reproducirse.
Los primeros datos que describen esta nueva dirección para luchar contra COVID-19 se publicaron el 17 de junio en la revista Nano letras . Los "nanoesponjas" fueron desarrollados por ingenieros de la Universidad de California en San Diego y probados por investigadores de la Universidad de Boston.
Los investigadores de la Universidad de California en San Diego llaman a sus partículas a nanoescala "nanoesponjas" porque absorben los patógenos y las toxinas dañinas.
En experimentos de laboratorio, los tipos de nanoesponjas de células pulmonares e inmunes causaron que el virus SARS-CoV-2 perdiera casi el 90% de su "infectividad viral" de una manera dependiente de la dosis. La infectividad viral es una medida de la capacidaddel virus para ingresar a la célula huésped y explotar sus recursos para replicarse y producir partículas virales infecciosas adicionales.
En lugar de atacar al virus en sí, estas nanoesponjas están diseñadas para proteger las células sanas que invade el virus.
"Tradicionalmente, los desarrolladores de medicamentos para enfermedades infecciosas profundizan en los detalles del patógeno para encontrar objetivos farmacológicos. Nuestro enfoque es diferente. Solo necesitamos saber cuáles son las células objetivo. Y luego nuestro objetivo es proteger los objetivos mediantecreando señuelos biomiméticos ", dijo Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego.
Su laboratorio creó esta plataforma de nanoesponja biomimética por primera vez hace más de una década y la ha estado desarrollando para una amplia gama de aplicaciones desde entonces. Cuando apareció el nuevo coronavirus, la idea de usar la plataforma de nanoesponja para combatirlo llegó a Zhang "caside inmediato ", dijo.
Además de los datos alentadores sobre la neutralización del virus en el cultivo celular, los investigadores señalan que las nanoesponjas cubiertas con fragmentos de las membranas externas de los macrófagos podrían tener un beneficio adicional: absorber las proteínas inflamatorias de las citocinas, que están implicadas en algunas de las másaspectos peligrosos de COVID-19 y son impulsados por la respuesta inmune a la infección.
Fabricación y prueba de nanoesponjas COVID-19
Cada nanoesponja COVID-19, mil veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, consiste en un núcleo de polímero recubierto con membranas celulares extraídas de células epiteliales de pulmón tipo II o células de macrófagos. Las membranas cubren las esponjas con todolos mismos receptores de proteínas que las células que suplantan, y esto incluye inherentemente cualquier receptor que el SARS-CoV-2 use para ingresar a las células del cuerpo.
Los investigadores prepararon varias concentraciones diferentes de nanoesponjas en solución para probar contra el nuevo coronavirus. Para probar la capacidad de las nanoesponjas de bloquear la infectividad del SARS-CoV-2, los investigadores de UC San Diego recurrieron a un equipo de la Universidad Nacional de Boston de Infecciosos Emergentes NacionalesLaboratorios de Enfermedades NEIDL para realizar pruebas independientes. En este laboratorio BSL-4, el nivel más alto de bioseguridad para un centro de investigación, los investigadores, dirigidos por Anthony Griffiths, profesor asociado de microbiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston, probaron la capacidadde varias concentraciones de cada tipo de nanoesponja para reducir la infectividad del virus vivo SARS-CoV-2, las mismas cepas que se están probando en otras investigaciones terapéuticas y de vacunas de COVID-19.
A una concentración de 5 miligramos por mililitro, las esponjas cubiertas de membrana de las células pulmonares inhibieron el 93% de la infectividad viral de SARS-CoV-2. Las esponjas cubiertas de macrófagos inhibieron el 88% de la infectividad viral de SARS-CoV-2La infectividad viral es una medida de la capacidad del virus para ingresar a la célula huésped y explotar sus recursos para replicarse y producir partículas virales infecciosas adicionales.
"Desde la perspectiva de un inmunólogo y virólogo, la plataforma de nanoesponja fue inmediatamente atractiva como un posible antiviral debido a su capacidad para trabajar contra virus de cualquier tipo. Esto significa que, en contraposición a un medicamento o anticuerpo que podría bloquear muy específicamente el SARS-Infección o replicación de CoV-2, estas nanoesponjas de membrana celular podrían funcionar de una manera más holística en el tratamiento de un amplio espectro de enfermedades infecciosas virales. Inicialmente era optimista escéptico de que funcionaría, y luego me emocioné una vez que vi los resultados y se hundióen lo que esto podría significar para el desarrollo terapéutico en su conjunto ", dijo Anna Honko, coautora del artículo y profesora asociada de investigación de Microbiología en los Laboratorios Nacionales de Enfermedades Infecciosas Emergentes NEIDL de la Universidad de Boston.
En los próximos meses, los investigadores y colaboradores de UC San Diego evaluarán la eficacia de las nanoesponjas en modelos animales. El equipo de UC San Diego ya ha demostrado seguridad a corto plazo en las vías respiratorias y los pulmones de los ratones.Las nanoesponjas de COVID-19 que se evaluarán en humanos dependen de una variedad de factores, pero los investigadores se están moviendo lo más rápido posible.
"Otro aspecto interesante de nuestro enfoque es que incluso cuando el SARS-CoV-2 muta, siempre y cuando el virus pueda invadir las células que estamos imitando, nuestro enfoque de nanoesponja debería funcionar. No estoy seguro de que esto pueda decirsepara algunas de las vacunas y terapias que se están desarrollando actualmente ", dijo Zhang.
Los investigadores también esperan que estas nanoesponjas funcionen contra cualquier nuevo coronavirus o incluso otros virus respiratorios, incluido cualquier virus que pueda desencadenar la próxima pandemia respiratoria.
Imitando células epiteliales pulmonares y células inmunes
Dado que el nuevo coronavirus a menudo infecta las células epiteliales pulmonares como el primer paso en la infección por COVID-19, Zhang y sus colegas razonaron que tendría sentido ocultar una nanopartícula en fragmentos de las membranas externas de las células epiteliales pulmonares para ver si el viruspodría ser engañado para que se enganche en él en lugar de una célula pulmonar.
Los macrófagos, que son glóbulos blancos que juegan un papel importante en la inflamación, también son muy activos en el pulmón durante el curso de una enfermedad COVID-19, por lo que Zhang y sus colegas crearon una segunda esponja envuelta en una membrana de macrófagos.
El equipo de investigación planea estudiar si las esponjas de macrófagos también tienen la capacidad de calmar las tormentas de citoquinas en pacientes con COVID-19.
"Veremos si las nanoesponjas de macrófagos pueden neutralizar la cantidad excesiva de estas citocinas, así como neutralizar el virus", dijo Zhang.
El uso de fragmentos de células de macrófagos como capas se basa en años de trabajo para desarrollar terapias para la sepsis utilizando nanoesponjas de macrófagos.
En un artículo publicado en 2017 en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Zhang y un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Diego demostraron que las nanoesponjas de macrófagos pueden neutralizar de manera segura las endotoxinas y las citocinas proinflamatorias en el torrente sanguíneo de los ratones. Una compañía de biotecnología de San Diego cofundada por Zhang llamada Cellics Therapeutics está trabajando para traducireste trabajo de nanoesponja de macrófagos en la clínica.
Un potencial terapéutico de COVID-19 La plataforma de nanoesponja COVID-19 tiene pruebas significativas por delante antes de que los científicos sepan si sería una terapia segura y efectiva contra el virus en humanos, advirtió Zhang. Pero si las esponjas alcanzan la etapa de ensayo clínico, existen múltiples formas potenciales de administrar la terapia que incluyen la administración directa al pulmón para pacientes intubados, a través de un inhalador como para pacientes asmáticos o por vía intravenosa, especialmente para tratar la complicación de la tormenta de citoquinas.
Una dosis terapéutica de nanoesponjas podría inundar el pulmón con un billón o más de pequeñas nanoesponjas que podrían alejar el virus de las células sanas. Una vez que el virus se une con una esponja, "pierde su viabilidad y ya no es infeccioso, y seráabsorbido por nuestras propias células inmunes y digerido ", dijo Zhang.
"Veo potencial para un tratamiento preventivo, para un tratamiento terapéutico que se podría administrar temprano porque una vez que las nanoesponjas entran al pulmón, pueden permanecer en el pulmón por algún tiempo", dijo Zhang. "Si llega un virus, podríabloquearse si hay nanoesponjas esperándolo "
impulso creciente para nanoesponjas
El laboratorio de Zhang en la Universidad de California en San Diego creó las primeras nanopartículas cubiertas de membrana hace más de una década. La primera de estas nanoesponjas estaba cubierta con fragmentos de membranas de glóbulos rojos. Estas nanoesponjas se están desarrollando para tratar la neumonía bacteriana y han pasado por todas las etapas dePruebas preclínicas realizadas por Cellics Therapeutics, la startup de San Diego cofundada por Zhang. La compañía se encuentra actualmente en el proceso de presentar la solicitud de nuevo medicamento en investigación IND a la FDA para su candidato principal: nanoesponjas de glóbulos rojos para el tratamiento de la meticilina.resistente a la neumonía por estafilococo aureus MRSA. La compañía estima que los primeros pacientes en un ensayo clínico recibirán una dosis el próximo año.
Los investigadores de la Universidad de California en San Diego también han demostrado que las nanoesponjas pueden administrar medicamentos al sitio de la herida; absorben las toxinas bacterianas que desencadenan la sepsis e interceptan el VIH antes de que pueda infectar las células T humanas.
La construcción básica para cada una de estas nanoesponjas es la misma: un núcleo de polímero biodegradable, aprobado por la FDA, está recubierto con un tipo específico de membrana celular, por lo que podría disfrazarse como un glóbulo rojo o una célula T inmune ouna célula plaquetaria. El encubrimiento evita que el sistema inmunitario detecte y ataque las partículas como invasores peligrosos.
"Pienso en los fragmentos de la membrana celular como los ingredientes activos. Esta es una forma diferente de ver el desarrollo de fármacos", dijo Zhang. "Para COVID-19, espero que otros equipos presenten terapias y vacunas seguras y efectivas comolo antes posible. Al mismo tiempo, estamos trabajando y planificando como si el mundo contara con nosotros "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Ioana Patringenaru. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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