Può ‘Nanosponges’ aiutare a trattare i pazienti con coronavirus?

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In questa illustrazione, un nanosponge rivestito con una membrana cellulare umana agisce come esca per impedire a un virus di entrare nelle cellule

In questa illustrazione, un nanosponge rivestito con una membrana cellulare umana agisce come esca per evitare un … virus dall’ingresso di cellule

adattato da Nano Letters 2020, DOI10.1021 / acs.nanolett.0c02278

Con la notizia di ieri dal Regno Unito che il desametasone steroide poco costoso e ampiamente disponibile ha ridotto significativamente i decessi nei pazienti con coronavirus intubati e quelli che richiedono ossigeno, a seguito di prove pubblicate il mese scorso che l’antivirale Remdesivir ha ridotto i tempi di recupero, la ricerca di un farmaco o approccio innovativo che migliora la sopravvivenza

Aggiungere a questo il potenziale per il virus di mutare-già con più ceppi – la ricerca di un nuovo approccio sarebbe l’ideale.

Ora, i ricercatori della UC San Diego hanno aperto la strada a un nuovo percorso per il trattamento delle infezioni utilizzando “nanosponges”—una tecnologia che può essere promettente per il trattamento di pazienti con SARS-CoV-2, il virus responsabile della Covid-19.

Il loro scopo è quello di utilizzare le nanosponges—polimeri biodegradabili rivestiti con membrane cellulari e 1000 volte più piccoli della larghezza di un capello umano—come esca, in ultima analisi, impedendo il coronavirus di infettare le cellule umane e poi riprodursi.

La loro ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista Nano Letters.

Al contrario di un farmaco antivirale che funziona prendendo di mira e cercando di fermare il virus stesso, nanosponges agire come esca per proteggere le cellule, in modo che il virus non può infettarle. Il virus si lega quindi con la nanosponge, rendendola inefficace.

La logica per l’utilizzo di Nanosponges

Questo è il modo in cui funziona: i ricercatori hanno creato minuscole nanosponges che sono polimeri biodegradabili e li coprono con membrane o rivestimenti che imitano le cellule umane. In questo modo, il virus o anche una tossina saranno interessati a legarsi con la loro superficie. Al contrario di un virus che infetta le cellule del corpo che potrebbero moltiplicarsi e diffondere l’infezione, il virus viene ingannato nell’infettare i nanospongi che non sono quindi in grado di moltiplicarsi, riducendo la carica virale e quindi l’opportunità di diffondere un’infezione.

Un aspetto significativo dell’attuale ricerca SARS-CoV-2, spiega Zhang, comporta approcci per bloccare l’interazione della proteina spike di SARS-CoV-2 con 2 recettori chiave che gli consentono di attaccarsi, entrare e infettare le cellule umane: ACE2 e CD147.

“Tradizionalmente, gli sviluppatori di farmaci per le malattie infettive si immergono in profondità nei dettagli del patogeno per trovare bersagli drogabili. Il nostro approccio è diverso. Dobbiamo solo sapere quali sono le cellule bersaglio. E poi miriamo a proteggere gli obiettivi creando esche biomimetiche”, ha detto Liangfang Zhang, PhD, autore principale dello studio, professore, Dipartimento di Nanoingegneria, Direttore del programma di ingegneria chimica, Università della California San Diego.

Zhang, che ha condotto ricerche su nanosponges negli ultimi 10 anni, si è reso conto che quando la pandemia di coronavirus ha iniziato ad accelerare, la sua tecnologia potrebbe avere il potenziale per colpire SARS-CoV-2.

Zhang è stato in grado di progettare con successo 2 tipi di nanosponges utilizzando membrane da cellule polmonari umane e globuli bianchi specializzati noti come macrofagi, ciascuno rivestito con ACE2 e CD147 recettori e infettati dal virus SARS-CoV-2. Sono stati in grado di sviluppare con successo un esca nanoparticelle con bersagli naturali del virus (ACE2 e CD147) per attirare SARS-CoV-2 lontano da cellule normali in coltura cellulare.

I loro risultati sono stati abbastanza promettenti: le nanospugne hanno dimostrato di essere abbastanza efficaci nella coltura cellulare, riducendo l’infettività del virus fino al 90%. Questi risultati sono stati ottenuti in collaborazione con i National Emerging Infectious Disease Laboratories (NEIDL) della Boston University utilizzando il virus vivo SARS-CoV-2.

inoltre, Zhang utilizzando l’approccio di nanosponges coperto con le membrane dei macrofagi—chiave globuli bianchi coinvolti nella risposta infiammatoria a COVID-19 (o con altre infezioni virali)—potrebbe anche essere in grado di associare citochine infiammatorie che sono presenti con “tempesta di citochine”, iperattività o esagerata risposta immunitaria del corpo, che è potenzialmente fatale.

“Un altro aspetto interessante del nostro approccio è che anche se SARS-CoV-2 muta, finché il virus può ancora invadere le cellule che stiamo imitando, il nostro approccio nanosponge dovrebbe ancora funzionare. Non sono sicuro che questo possa essere detto per alcuni dei vaccini e delle terapie attualmente in fase di sviluppo”, ha aggiunto Zhang.

Oltre a questo, Zhang si aspetta che nanosponges funzionerebbe contro qualsiasi tipo di virus, in particolare un nuovo coronavirus—o qualsiasi virus per quella materia—che potrebbe essere la fonte di un’altra pandemia.

Zhang prevede che un trattamento tipico potrebbe comportare l’infusione di “trilioni di spugne—un numero enorme, ma piccolo volume “, ma la dose esatta dovrebbe essere determinata da prove su animali e umani, ha aggiunto. Ciò esporrebbe il polmone con un trilione o più nanosponges minuscoli che potrebbero disegnare o distrarre il virus lontano dalle cellule sane. Una volta che il virus si lega con un nanosponge, “perde la sua vitalità e non è più infettivo, e sarà assorbito dalle nostre cellule immunitarie e digerito”, ha spiegato Zhang.

Il ruolo di usare la nanosponge profilatticamente, o anche come trattamento post – esposizione sembra attraente per Zhang. “Penso che i nanosponges possano essere utilizzati sia in modo profilattico che in un trattamento post esposizione per SARS-Cov-2. Quando i pazienti sono infettati da SARS-CoV-2, fino a quando i virus sono ancora nel corpo, come nei polmoni, i nanosponges possono legare e neutralizzare i virus e indurre clinico indurre miglioramento clinico.”

Il team di Zhang ha già condotto alcuni test preliminari di sicurezza sui topi, ma presto seguiranno prove su larga scala su modelli animali. Anche le sperimentazioni umane sono in programma nel prossimo futuro, secondo Zhang.

Applicazioni per Nanosponges

Oltre 10 anni fa, Zhang ha creato le prime nanoparticelle rivestite con membrana nel suo laboratorio all’Università di San Diego. I nanosponges iniziali che lui e il suo team hanno sviluppato sono stati coperti con frammenti di membrane di globuli rossi, con l’obiettivo di trattare la polmonite batterica. Queste spugne hanno ora completato le fasi di test pre-clinici da Cellics Therapeutics, la startup di San Diego cofondata da Zhang. La società è attualmente in fase di presentazione di una nuova applicazione di farmaco sperimentale (IND) alla FDA utilizzando nanosponges di globuli rossi (RBC) per il trattamento di pazienti con polmonite da staphylococcus aureus (MRSA) resistente alla meticillina. Cellics stima che inizieranno a trattare i pazienti il prossimo anno, secondo un comunicato stampa.

Il team di Zhang all’UC San Diego ha anche dimostrato che i nanospong possono eseguire la consegna mirata di farmaci in un sito di ferita, legare le tossine batteriche che sono il meccanismo legato alla sepsi, così come legare le particelle virali dell’HIV prima che possano infettare le cellule T umane.

Zhang spiega che la costruzione di nanosponge si basa sullo stesso principio di base. Si tratta di un biodegradabile, approvato dalla FDA nucleo polimerico rivestito in un tipo specifico di membrana cellulare, in modo che potrebbe essere mascherato come un globulo rosso, o una cellula T immunitaria o una cellula piastrinica. Il rivestimento o l’occultamento impedisce al sistema immunitario di individuare e attaccare le particelle come pericolosi invasori.

” Penso ai frammenti della membrana cellulare come agli ingredienti attivi. Questo è un modo diverso di guardare allo sviluppo della droga”, ha offerto Zhang. “Per COVID-19, spero che altri team escano con terapie e vaccini sicuri ed efficaci il prima possibile. Allo stesso tempo, stiamo lavorando e pianificando come se il mondo contasse su di noi.”

Zhang ritiene che un aspetto particolarmente rilevante della sua attuale ricerca sulla SARS-CoV-2 sia il fatto che “le nanospugne cellulari sono potenzialmente agnostiche alle mutazioni virali e alle nuove specie virali”, spostando potenzialmente il modo in cui ci avviciniamo al trattamento del virus mortale.

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