¿Pueden los biomateriales ofrecer estrategias terapéuticas novedosas contra COVID-19?


La pandemia de la enfermedad mundial del coronavirus 2019 (COVID-19) continúa. Hasta la fecha, el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), el agente causante del COVID-19, ha infectado a más de 138,3 millones y ha causado más de 2,9 millones de muertes en todo el mundo. A pesar de los importantes avances de la campaña mundial de vacunación, los investigadores todavía están buscando posibles opciones terapéuticas para mitigar la gravedad de la enfermedad en aquellos a quienes llega. Un área ha estado explorando el potencial de los biomateriales.

La ciencia de los biomateriales está ampliando los límites de las tecnologías emergentes para la investigación y el tratamiento. Los biomateriales son plataformas eficaces para la administración de fármacos que se pueden utilizar para desarrollar antivirales. Algunos ejemplos de biomateriales son hidrogeles, criogeles y nanopartículas (NP, como liposomas).

Estudio: Aprovechamiento de biomateriales para estrategias terapéuticas contra COVID-19.  Haber de imagen: iunewind / Shutterstock

En una revisión reciente, publicada en la revista Materiales emergentes, un equipo de investigadores da su opinión sobre cómo se pueden aprovechar los biomateriales para estrategias terapéuticas contra COVID-19.

Los biomateriales se derivan de materiales naturales o sintéticos que han sido diseñados para interactuar con sistemas biológicos con fines terapéuticos o de diagnóstico ”.

El equipo analizó cómo se pueden utilizar los biomateriales para diseñar modelos de infección por COVID-19 precisos y avanzados, mejorar la administración de fármacos antivirales, fomentar nuevas estrategias antivirales y reforzar la vacuna. eficacia. Una mirada detallada a estas posibilidades es esencial para cuando surjan más variantes del SARS-CoV-2 que puedan resistir o evadir las estrategias actuales de contención.

Terapias antivirales

Aunque se ha empleado la reutilización de los medicamentos antivirales disponibles para atacar el SARS-CoV-2 debido a la urgente necesidad que presenta la pandemia, los resultados han tenido un éxito desigual.

Esto destaca la necesidad crucial de diseñar modelos de detección de fármacos más precisos, nuevas plataformas de administración de fármacos y estrategias antivirales innovadoras. Los revisores señalan que durante esta crisis pandémica, los biomateriales han desempeñado un papel clave en el desarrollo de soluciones que salvan vidas en respuesta a enfermedades virales (modelos de bioimpresión de ingeniería y 3D in vitro modelos de tejidos), que abarcan desde recubrimientos superficiales que desactivan virus hasta estrategias de tratamiento y vacunas.

Modelos de detección de drogas

Los revisores destacaron la falta de fisiológicamente relevantes in vitro modelos para comprender tanto la respuesta inmune del huésped contra el SARS-CoV-2. Las células Vero, el modelo estándar de oro actual para la detección terapéutica antiviral, carecen de grupos de genes de interferón tipo I.

La señalización del interferón es la primera línea de defensa contra las infecciones virales y también es un regulador importante de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2), el receptor involucrado en la infiltración de la célula huésped del SARS-CoV-2. Esto explica el éxito de los medicamentos antivirales en las células Vero, con poco o ningún beneficio para los pacientes con COVID-19 en las clínicas.

Sin embargo, los biomateriales diseñados como andamios u organoides definidos biológica y químicamente se pueden utilizar para modelar la infección por SARS-CoV-2 recapitulando la complejidad y la heterogeneidad espacial de los sistemas del cuerpo humano a un nivel de macroescala. Las tecnologías de órgano en chip también podrían aprovecharse en esta dirección.

Sistemas de administración de fármacos

Los revisores también discuten cómo los biomateriales pueden ser sistemas de administración de fármacos efectivos: los sistemas de administración basados ​​en biomateriales reducen la dosis del fármaco y estabilizan los antivirales, también proporcionan una mejor selección de tejidos, alivian la exposición sistémica y limitan los efectos adversos fuera del objetivo. Debido a que las propiedades de los biomateriales (características fisicoquímicas, respuesta a estímulos, tamaño y geometría) son ajustables, se pueden ajustar para mejorar la biocompatibilidad y bioestabilidad, así como para controlar y dirigir la administración del fármaco.

Los biomateriales también exhiben una alta flexibilidad en términos de su modo de administración; Se puede considerar la administración oral, la implantación quirúrgica, la inyección o la inhalación.

Nanovesículas celulares

Las nanovesículas celulares utilizan estrategias centradas en biomateriales, como NP que imitan a las células, para actuar como nanodestructores para atrapar y secuestrar el virus SARS-CoV-2 o como nanoesponjas para absorber y neutralizar las citocinas proinflamatorias para aliviar las tormentas de citocinas en pacientes con COVID-19 grave. . Los revisores citaron varios ejemplos en los que las nanovesículas diseñadas con biomateriales realizan funciones contra el SARS-CoV-2, aumentando la alta actividad neutralizante, mejorando las acciones de las citocinas o fabricando para actuar como modelos que expresan ACE2.

Vacunas contra el SARS-CoV-2

Para una vacuna segura y eficaz contra el SARS-CoV-2, que también sea económica para la producción a gran escala, se pueden explorar varios enfoques. Estos incluyen vacunas tradicionales basadas en virus inactivados o vivos, vacunas de subunidades y vectores de virus, y tecnologías radicalmente nuevas para la vacunación que utilizan ARN o ADN. Los revisores han resumido las candidatas a la vacuna del SARS-CoV-2 que se encuentran actualmente en ensayos clínicos de fase 3.

Las vacunas de ARNm-1273 de Moderna y de ARNm BNT162b2 de Pfizer / BioNTech tienen una eficacia superior al 90% en la prevención de COVID-19; estos se basan en NP de lípidos para mejorar la administración intracelular. Esto destaca el papel fundamental de los biomateriales para lograr una alta eficacia de la vacuna, que posiblemente culmine con el fin de la pandemia.

Sin embargo, estas vacunas presentan varias limitaciones: vida corta, requisito de almacenamiento en frío, sin dosis mínima y baja inmunogenicidad. Para superar estas deficiencias, los científicos están empleando diferentes biomateriales para abordar cada uno de ellos. Por ejemplo, una vacuna de ARNm de SARS-CoV-2 encapsulada dentro de liposomas compuestos de 2-diestearoil-sn-glicero-3-fosfocolina, colesterol y PEG, es estable durante más de 1 semana a temperatura ambiente y desencadena inmunidad contra el SARS-CoV- 2.

Nuestro laboratorio ha diseñado recientemente criogeles generadores de oxígeno (O2-criogeles), un sofisticado y avanzado sistema de hidrogel macroporoso, con la capacidad única de revertir la inmunosupresión impulsada por hipoxia en tumores sólidos ”.

Conclusión

Los investigadores han destacado que los biomateriales de última generación tienen el potencial de servir como herramientas formidables en la lucha contra el SARS-CoV-2. Estos esfuerzos no solo podrían contribuir a detener o mitigar la pandemia actual, sino que también proporcionarán plataformas poco ortodoxas para comprender, prevenir y protegernos de futuros brotes virales, sugieren los investigadores.

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