Nanoarmas antimicrobianas a base de carbono para combatir el COVID-19


En un artículo de revisión reciente publicado en la revista ACS Nano, investigadores interdisciplinarios de todo el mundo evaluaron el papel de los nanomateriales basados ​​en carbono (CBN), como el fullereno, los puntos de carbono, el grafeno y sus derivados, como alternativas prometedoras para combatir el COVID-19 (enfermedad por coronavirus 2019) y otras infecciones microbianas. Debido al modo de acción principalmente físico de los CBN, existe un bajo riesgo de resistencia a los antimicrobianos y un amplio espectro de actividad antimicrobiana.

Revisión: Nanomateriales a base de carbono: agentes antivirales prometedores para combatir el COVID-19 en la era resistente a los microbios.  Haber de imagen: LuchschenF / Shutterstock

En esta revisión, los investigadores presentaron CBN con actividad antiviral contra 13 virus de ARN monocatenario de sentido positivo con envoltura, incluido el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), el agente etiológico de COVID-19.

Los CBN muestran una toxicidad baja o nula para los humanos y, por lo tanto, son terapias prometedoras contra el complejo de neumonía COVID-19 y otros virus, bacterias y hongos, incluidos los que son resistentes a múltiples fármacos, destacan los investigadores.

“Los materiales alternativos como los CBN con actividad antimicrobiana intrínseca de amplio espectro representan una opción prometedora que probablemente superaría el problema de la resistencia microbiana debido a sus mecanismos antimicrobianos diferenciales”.

El reciente brote pandémico de SARS-CoV-2 ha causado más de 176 millones de infecciones y más de 3,8 millones de muertes en todo el mundo. Sin opciones terapéuticas exitosas, la pandemia continúa causando una morbilidad y mortalidad significativas. La enfermedad COVID-19 está asociada con neumonía viral y síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA).

Si bien los investigadores notaron que el virus causaba COVID-19 moderado y grave, también destacaron la rápida propagación y coexistencia del SARS-CoV-2 con una amplia gama de otros tipos de microorganismos clínicamente relevantes, incluidos los que son multidrogas. resistente. La neumonía es rampante con resistencia a los antibióticos.

Con la resistencia a los antibióticos en el tratamiento de la neumonía bacteriana, el escenario actual constituye una situación potencialmente mortal para los seres humanos. Se informa que los CBN están surgiendo como opciones prometedoras que han demostrado una potente actividad antiviral contra una amplia gama de virus de ARN monocatenario de sentido positivo con envoltura, incluido el SARS-CoV-2.

“Además, ejercen una acción biocida eficaz contra un amplio espectro de bacterias, virus y hongos, incluidas cepas resistentes a múltiples fármacos”, agregaron los investigadores.

Propusieron los CBN como la próxima generación de antimicrobianos. Aunque otros nanomateriales como nanopartículas de plata, cobre, titanio o zinc muestran potentes propiedades antimicrobianas de amplio espectro, existe resistencia microbiana a estos nanomateriales y alta toxicidad para las células de mamíferos.

Los CBN tienen propiedades únicas: área de superficie muy alta, excelente conductividad eléctrica y térmica, biocompatibilidad y también la posibilidad de combinarse con polímeros de ingeniería para desarrollar compuestos biomateriales antimicrobianos avanzados. Estos hacen que los CBN sean candidatos potenciales para terapias a largo plazo.

En un esquema, los investigadores también presentaron cómo los CBN en combinación con las MSC (células madre mesenquimales) tienen el potencial de atacar los eventos fisiopatológicos (durante una infección por SARS-CoV-2), actuando como una estrategia alternativa para el tratamiento de pacientes con COVID-19. . También propusieron el uso de CBN en combinación con terapias con células madre para la regeneración de tejidos.

Los investigadores analizaron las propiedades antivirales de los CBN individualmente, con cada estructura diferente basada en carbono, como fullereno (un alótropo de dimensión cero), puntos de carbono (o puntos cuánticos de carbono), grafeno (CBN bidimensionales) y los derivados contra 13 virus de ARN monocatenario de sentido positivo con envoltura, como el SARS-CoV-2. Los investigadores han resumido la lista de estudios en forma tabulada.

Si bien los CBN son nanomateriales prometedores como agentes antivirales alternativos, su mecanismo de acción aún no se comprende completamente. Los investigadores discutieron el posible mecanismo de cada CBN en la revisión, mencionando las propiedades inmunoestimuladoras y seguidas de los aspectos toxicológicos.

“Los CBN podrían actuar directamente contra la partícula del virus al distorsionar la envoltura o la organización de la cápside; además, pueden ejercer un efecto de impedimento estérico al ocupar físicamente un sitio catalítico de una enzima viral esencial o una cavidad receptora”, observaron los investigadores.

En conclusión, los investigadores destacaron la prometedora actividad antiviral de los CBN contra los 13 virus envueltos (HCoV, PRRSV, PEDV, HIV-1, HIV-2, FCoV, JEV, SIV, M-MuLV, ZIKV, DENV, HCV y SARS). -CoV-2), todos los virus de ARN monocatenarios de sentido positivo que pertenecen al grupo IV de Baltimore. Llaman a estos CBN ‘nanoarmas antimicrobianas’ que se pueden emplear para combatir el SARS-CoV-2 y otros tipos de virus, bacterias u hongos que causan neumonía, enfatizando las cepas multirresistentes.

“Como un enfoque tecnológico revolucionario para tratar COVID-19, estas terapias basadas en carbono pueden proporcionar un avance significativo, ya que estos nanomateriales permiten abordar los problemas de resistencia microbiana y pueden potencialmente inducir la regeneración de tejidos al mismo tiempo”.

Referencia de la revista:

  • Nanomateriales a base de carbono: agentes antivirales prometedores para combatir el COVID-19 en la era de la resistencia a los microbios, Ángel Serrano-Aroca, Kazuo Takayama, Alberto Tuñón-Molina, Murat Seyran, Sk. Sarif Hassan, Pabitra Pal Choudhury, Vladimir N.Uversky, Kenneth Lundstrom, Parise Adadi, Giorgio Palù, Alaa AA Aljabali, Gaurav Chauhan, Ramesh Kandimalla, Murtaza M. Tambuwala, Amos Lal, Tarek Mohamed Abd El-Aziz, Samamendlya Sherchan, Barh, Elrashdy M. Redwan, Nicolas G. Bazan, Yogendra Kumar Mishra, Bruce D. Uhal y Adam Brufsky, ACS Nano 2021 15 (5), 8069-8086, DOI: 10.1021 / acsnano.1c00629, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00629

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