Además de la vacuna contra la COVID-19 los científicos de todo el mundo trabajan para encontrar la cura del coronavirus. Un nuevo tratamiento potencial usa nanotecnología para crear «trampas» que se unirían al virus SARS-CoV-2 y luego usar el propio sistema inmunológico del cuerpo para destruirlo.
Estas Nanotraps («nanotrampas») atraen al virus imitando las células diana que el virus infecta. Cuando el virus se une a las Nanotraps, las trampas secuestran el virus de otras células y lo atacan para que el sistema inmunológico lo destruya.
En teoría, las Nanotraps también podrían usarse en variantes del virus, lo que conduciría a una nueva forma potencial de inhibir el virus en el futuro. Aunque la terapia permanece en las primeras etapas de prueba, los investigadores prevén que podría administrarse mediante un aerosol nasal como tratamiento para la COVID-19. Los resultados se publicaron el 19 de abril en la revista Matter .
“Desde que comenzó la pandemia, nuestro equipo de investigación ha estado desarrollando esta nueva forma de tratar COVID-19”, dijo el Prof. Asistente Jun Huang, cuyo laboratorio dirigió la investigación. «Hemos realizado pruebas rigurosas para demostrar que estos nanotraps funcionan y estamos entusiasmados con su potencial».
Diseñando la trampa perfecta con nanotecnología
Para diseñar la Nanotrap, el equipo de investigación, dirigido por el académico postdoctoral Min Chen y la estudiante de posgrado Jill Rosenberg, examinó el mecanismo que utiliza el SARS-CoV-2 para unirse a las células: una proteína en forma de espiga en su superficie que se une a las células humanas. Proteína del receptor ACE2.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) muestra una Nanotrap (naranja) que se une al virus SARS-CoV-2 (cian). (Imagen cortesía de Huang Lab)
Para crear una trampa que se uniera al virus de la misma manera, diseñaron nanopartículas con una alta densidad de proteínas ACE2 en su superficie. Del mismo modo, diseñaron otras nanopartículas con anticuerpos neutralizantes en sus superficies. (Estos anticuerpos se crean dentro del cuerpo cuando alguien está infectado y están diseñados para adherirse al coronavirus de varias maneras).
Tanto las proteínas ACE2 como los anticuerpos neutralizantes se han utilizado en tratamientos para la COVID-19, pero al unirlos a nanopartículas, los investigadores crearon un sistema aún más robusto para atrapar y eliminar el virus.
Hechas de polímeros y fosfolípidos aprobados por la FDA, las nanopartículas tienen aproximadamente 500 nanómetros de diámetro, mucho más pequeñas que una célula. Eso significa que las Nanotraps pueden llegar a más áreas dentro del cuerpo y atrapar el virus de manera más efectiva.
(A) Ilustración esquemática que muestra el proceso de las Nanotraps con núcleo polimérico recubierto con bicapa lipídica funcionalizada con proteína ACE2 / anticuerpo neutralizante. Después de la administración intratraqueal, las Nanotraps acumularon y atraparon eficazmente viriones de SARS-CoV-2 en el tejido pulmonar formando complejos virus-Nanotrap, que pueden ser eliminados por macrófagos mediante fagocitosis, bloqueando así la entrada de células virales.
(B y C) Mediciones de dispersión dinámica de luz (B) y potencial zeta (C) durante las diferentes etapas de preparación de la nanotrapa.
(D) Imágenes fluorescentes de las Nanotraps preparados con núcleo polimérico PLA (DiD, rojo) y ACE2 (anti-ACE2-AF488, verde). Las líneas discontinuas representan el perfil de la parcela que se muestra a continuación. La barra de escala representa 5 μm.
(E y F) Imágenes SEM pseudocoloreadas de Nanotraps solos (E, naranja) o con pseudovirus SARS-CoV-2 (F, cian). Para visualizar mejor la selectividad para la unión viral, obtuvimos imágenes de Nanotraps más grandes. Las barras de escala representan 300 nm.
Pruebas con ratones y pseudovirus
Los investigadores probaron la seguridad del sistema en un modelo de ratón y no encontraron toxicidad. Luego probaron las Nanotraps contra un pseudovirus, un modelo menos potente de un virus que no se replica, en células de pulmón humano en placas de cultivo de tejidos y descubrieron que bloqueaban completamente la entrada a las células.
Una vez que el pseudovirus se adhirió a la nanopartícula, que en las pruebas tomó aproximadamente 10 minutos después de la inyección, las nanopartículas usaron una molécula que llama a los macrófagos del cuerpo para engullir y degradar la Nanotrap.
Los macrófagos generalmente comen nanopartículas dentro del cuerpo, pero la molécula Nanotrap acelera el proceso. Las nanopartículas se aclararon y degradaron en 48 horas.
Los investigadores también probaron las nanopartículas con un pseudovirus en un sistema de perfusión pulmonar ex vivo, un par de pulmones donados que se mantienen vivos con un ventilador, y encontraron que bloqueaban completamente la infección en los pulmones.
También colaboraron con investigadores del Laboratorio Nacional Argonne para probar los Nanotraps con un virus vivo (en lugar de un pseudovirus) en un sistema in vitro. Descubrieron que su sistema inhibía el virus 10 veces mejor que los anticuerpos neutralizantes o la ACE2 soluble sola.
Un posible tratamiento futuro para la COVID-19 y más allá
A continuación, los investigadores esperan seguir probando el sistema, incluidas más pruebas con un virus vivo y en las muchas variantes de virus.
«Hemos realizado pruebas rigurosas para demostrar que estas nanotraps funcionan y estamos entusiasmados con su potencial». Asistente Prof. Jun Huang
Por su parte, Rosenberg dijo que eso es lo que es tan poderoso de este Nanotrap. Se modula fácilmente y pueden cambiar diferentes anticuerpos o proteínas o apuntar a diferentes células inmunes, según lo que se necesite con nuevas variantes.
Las Nanotraps pueden almacenarse en un congelador estándar y, en última instancia, podrían administrarse mediante un aerosol intranasal, lo que los colocaría directamente en el sistema respiratorio y los haría más efectivos.
Los investigadores dicen que también es posible que sirva como vacuna optimizando la formulación de Nanotrap, creando un sistema terapéutico definitivo para el virus.
«Este es el punto de partida», dijo Huang. «Queremos hacer algo para ayudar al mundo».
La investigación involucró a colaboradores de todos los departamentos, incluidos química, biología y medicina.
Otros autores del artículo son Xiaolei Cai, Andy Chao Hsuan Lee, Jiuyun Shi, Mindy Nguyen, Thirushan Wignakumar, Vikranth Mirle, Arianna Joy Edobor, John Fung, Jessica Scott Donington, Kumaran Shanmugarajah, Yiliang Lin, Eugene Chang, Glenn Randall, Pablo. Penaloza-MacMaster, Bozhi Tian y Maria Lucia Madariaga.
Cita: «Nanotraps para la contención y eliminación de SARS-CoV-2», Nanotraps for the containment and clearance of SARS-CoV-2
Chen y Rosenberg et. al, Matter , 19 de abril de 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.04.005
Financiamiento: Premio al Nuevo Innovador de los Institutos Nacionales de Salud 1DP2AI144245, Premio a la Carrera de la Fundación Nacional de Ciencias 1653782 y NIDDK RC2DK122394.
FUENTE: The University of Chicago.
