Investigadores bioingenieros “Nanotraps” que bloquean la infección por SARS-CoV-2


Es bien sabido que el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), el agente etiológico de la pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), invade la célula huésped humana a través de su proteína de pico. Esta proteína se relaciona con los receptores de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) en la célula humana, lo que permite que el virus se infiltre y secuestra sus mecanismos metabólicos con el propósito de la replicación viral.

Estudio: Nanotraps para la contención y eliminación del SARS-CoV-2.  Crédito de la imagen: NIAID / Flickr

Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago, EE. UU., Ha desarrollado una nueva nanomedicina, denominada “Nanotraps”, una familia de partículas que atrapan virus con capacidad nanométrica. Estas nanopartículas están diseñadas para bloquear la interacción pico proteína-ACE2 y hacer que los macrófagos engullen y eliminen el virus sin infectarse.

El equipo de investigación funcionalizó nanopartículas con proteínas ACE2 recombinantes o anti-SARS-CoV-2 anticuerpos neutralizantes y fosfatidilserinas específicas de fagocitosis para hacer estos Nanotraps. Estos nanotraps biodegradables capturaron eficazmente el SARS-CoV-2 y bloquearon por completo la infección del SARS-CoV-2 en líneas celulares humanas que expresan ACE2 y células pulmonares primarias.

Los hallazgos de este equipo se publicaron recientemente en el bioRxiv* servidor de preimpresión.

¿Qué son los “Nanotraps” y cómo funcionan?

El equipo de investigación interdisciplinario ha diseñado un núcleo polimérico de ácido poliláctico (PLA) aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), una capa de liposoma, anticuerpos de superficie ACE2 / neutralizantes y ligandos de fosfatidilserina para diseñar el Nanotrap.

El diseño de nuestros Nanotraps se inspiró en la capacidad de las células tumorales para secretar exosomas de PD-L1, que se unen y suprimen las funciones inmunes de las células T y, por lo tanto, previenen la muerte y eliminación de las células tumorales “.

Las estructuras de los Nanotraps sintetizados eran esféricas y monodispersas. Aunque más pequeñas que las células de mamíferos, estas nanopartículas eran lo suficientemente grandes como para unirse a varios viriones del SARS-CoV-2.

Los investigadores aumentaron el ACE2 o los anticuerpos neutralizantes en los Nanotraps para apuntar a la contención selectiva del virus en comparación con las células huésped que expresan ACE2. Los Nanotraps superaron a los ACE2 solubles o sus homólogos de anticuerpos para capturar y contener el SARS-CoV-2.

Después de contener el virus, el equipo apuntó a eliminarlo mediante fagocitosis mediada por macrófagos. Utilizaron ligandos de fosfatidilserina en las nanopartículas. Los revestimientos de fosfatidilserina mejoran la absorción de las nanopartículas liposomales por los macrófagos. Tanto el virus pseudotipado fagocitado como el auténtico se eliminan in vitro.

Nuestros experimentos de neutralización in vitro demostraron que nuestros nanotraps no solo sirvieron como una esponja para capturar y contener el SARS-CoV-2, sino que también utilizaron la maquinaria de fagocitosis y esterilización de los macrófagos para defender las células huésped de la infección ”.

Cuando se evaluó la entrada de SARS-CoV-2 pseudotipada en células HEK293T susceptibles que sobreexpresan ACE2, células A549 epiteliales de pulmón y células pulmonares primarias humanas, así como infección auténtica de células Vero E6 por SARS-CoV-2, los investigadores observaron que estos nanotraps bloqueó completamente el virus.

Además, los investigadores también demostraron un excelente perfil de bioseguridad de los Nanotraps. in vitro (cultivo celular) y en vivo (administración intratraqueal de Nanotraps a ratones inmunocompetentes). Los investigadores no encontraron diferencias entre los ratones tratados con Nanotraps y los controles.

Finalmente, también demostraron que los Nanotraps inhiben la infección pseudotipada por SARS-CoV-2 en pulmones humanos vivos (pulmones de donantes humanos sanos no trasplantables) utilizando un ex vivo sistema de perfusión pulmonar (EVLP).

Diseño esquemático, síntesis y caracterización de Nanotraps para SARS-CoV-2.  (A) Ilustración esquemática que muestra el proceso de Nanotraps con núcleo polimérico recubierto con bicapa lipídica funcionalizada con proteína ACE2 / anticuerpo neutralizante.  Después de la administración intratraqueal, Nanotraps acumularon y atraparon eficazmente viriones de SARS-CoV-2 en el tejido pulmonar formando complejos virus-Nanotrap, que pueden ser eliminados por los macrófagos mediante fagocitosis, bloqueando así la cellentría viral.  (BC) Dispersión dinámica de luz (B) y mediciones de potencial zeta (C) durante las diferentes etapas de preparación de la nanotrapa.  (D) Imágenes fluorescentes de los Nanotraps preparados con núcleo polimérico PLA (DiD, rojo) y ACE2 (anti-ACE2-AF488, verde).  La barra de escala representa 5 µm.  Las líneas punteadas representan el perfil de la parcela que se muestra a continuación.  (EF) Imágenes SEM pseudocoloreadas de Nanotraps solos (E, naranja) o con pseudovirus del SARS-CoV-2 (F, cian).  Para visualizar mejor la selectividad para la unión viral, se obtuvieron imágenes de Nanotraps más grandes.  La barra de escala representa 300 nm.

Diseño esquemático, síntesis y caracterización de Nanotraps para SARS-CoV-2. (A) Ilustración esquemática que muestra el proceso de Nanotraps con núcleo polimérico recubierto con bicapa lipídica funcionalizada con proteína ACE2 / anticuerpo neutralizante. Después de la administración intratraqueal, Nanotraps acumularon y atraparon eficazmente viriones de SARS-CoV-2 en el tejido pulmonar formando complejos virus-Nanotrap, que pueden ser eliminados por los macrófagos mediante fagocitosis, bloqueando así la cellentría viral. (BC) Dispersión dinámica de luz (B) y mediciones de potencial zeta (C) durante las diferentes etapas de preparación de la nanotrapa. (D) Imágenes fluorescentes de los Nanotraps preparados con núcleo polimérico PLA (DiD, rojo) y ACE2 (anti-ACE2-AF488, verde). La barra de escala representa 5 µm. Las líneas punteadas representan el perfil de la parcela que se muestra a continuación. (EF) Imágenes SEM pseudocoloreadas de Nanotraps solos (E, naranja) o con pseudovirus del SARS-CoV-2 (F, cian). Para visualizar mejor la selectividad para la unión viral, se obtuvieron imágenes de Nanotraps más grandes. La barra de escala representa 300 nm.

En resumen, los investigadores aquí presentan Nanotraps, una nueva nanomedicina, para la inhibición de la infección por SARS-CoV-2.

¿Cuáles son las implicaciones?

El SARS-CoV-2 ha infectado hasta ahora a más de 104 millones de personas y se ha cobrado más de 2,25 millones de vidas. Si bien la logística de la vacunación masiva aún se está resolviendo en la mayor parte del mundo, las intervenciones no farmacéuticas (NPI), como el distanciamiento social, los mandatos de mascarillas, el distanciamiento social o físico y los bloqueos regionales o nacionales, siguen siendo la estrategia de mitigación dominante. para frenar la transmisión y la infección del SARS-CoV-2.

A un ritmo sin precedentes, se están desarrollando candidatos a vacunas contra el SARS-CoV-2 para prevenir la infección. Algunos ya han sido aprobados y se están administrando en algunas partes del mundo para grupos demográficos específicos que son particularmente vulnerables al COVID-19 severo. Pero global la inmunidad de grupo por una serie de razones económicas, sociales y prácticas sigue siendo una perspectiva lejana. Por tanto, encontrar una forma eficaz de tratar a las personas con enfermedades graves o críticas sigue siendo una prioridad de salud pública mundial.

Sin embargo, a pesar de los enormes esfuerzos de investigación para desarrollar o reutilizar terapias contra la infección, aún no se ha aprobado ni lanzado un medicamento seguro, eficaz y dirigido para tratar la infección. Las opciones terapéuticas existentes para los pacientes con COVID-19 plantean muchos desafíos y su efecto sobre el resultado de la enfermedad a menudo no es el esperado. Por tanto, los investigadores de este estudio ofrecen una respuesta potencial a este dilema urgente de salud pública de preocupación mundial.

Su estudio presenta una nanomedicina que es segura, eficaz, biocompatible, lista para la producción en masa y conveniente de usar para contener y eliminar eficazmente el SARS-CoV-2 para la prevención y el tratamiento de COVID-19.

En un momento en que la comunidad científica mundial todavía está buscando antivirales seguros, eficaces y dirigidos contra la infección por SARS-CoV-2, los prometedores resultados iniciales de los investigadores, tanto in vitro y en vivo – bien podría presentar los primeros hallazgos sobre un candidato terapéutico revolucionario.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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