Om zijn slachtoffers te besmetten, influenza A gaat naar de longen, waar het zich vastklampt aan siaalzuur op het oppervlak van cellen. Dus creëerden onderzoekers de perfecte lokvogel:een zorgvuldig geconstrueerd bolvormig nanodeeltje bedekt met siaalzuur lokt het influenza A-virus naar zijn ondergang. Wanneer verneveld in de longen, de nanodeeltjes vallen influenza A, vasthouden totdat het virus zichzelf vernietigt.

In een onderzoek bij muizen met een verzwakt immuunsysteem, de behandeling verminderde de sterfte aan influenza A van 100 procent naar 25 procent gedurende 14 dagen. De nieuwe benadering, die radicaal verschilt van bestaande influenza A-vaccins, en behandelingen op basis van neuraminidaseremmers, zou kunnen worden uitgebreid tot een groot aantal virussen die een vergelijkbare benadering gebruiken om mensen te infecteren, zoals Zika, hiv, en malaria. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in de geavanceerde online editie van het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

"In plaats van het virus te blokkeren, we hebben het doelwit nagebootst - het is een volledig nieuwe benadering, " zei Robert Linhardt, een glycoproteïne-expert en professor aan het Rensselaer Polytechnic Institute die het onderzoek leidde. "Het is effectief bij griep en we hebben reden om aan te nemen dat het met veel andere virussen zal werken. Dit kan een therapie zijn in gevallen waarin vaccineren geen optie is, zoals blootstelling aan een onverwachte soort, of met immuungecompromitteerde patiënten."

Het project is een samenwerking tussen onderzoekers binnen het Centre for Biotechnology and Interdisciplinary Studies (CBIS) van Rensselaer en verschillende instellingen in Zuid-Korea, waaronder de Kyungpook National University. Hoofdauteur Seok-Joon Kwon, een CBIS-onderzoeker, coördineerde het project over de grenzen heen, waardoor de Zuid-Koreaanse instellingen een medicijn kunnen testen dat bij Rensselaer is ontworpen en gekarakteriseerd. Auteurs waren onder meer Kwon, Linhardt, Ravi S. Kane, Jonathan S. Dordick, Marc Douaisi, en Fuming Zhang bij Rensselaer; en de Koreaanse onderzoekers Kyung Bok Lee, Dong Hee Na, Jong Hwan Kwak, Eun Ji-park, Jong-Hwan-park, Hana Youn, en Chang-Seon Song.

Om toegang te krijgen tot het binnenste van een cel en zichzelf te repliceren, influenza A moet eerst aan het celoppervlak binden, en snijdt zichzelf dan los. Het bindt zich met het eiwit hemagglutinine, en verbreekt de verbinding met het enzym neuraminidase. Influenza A produceert talrijke variaties van zowel hemagglutinine als neuraminidase, dit zijn allemaal antigenen binnen de ziekteverwekker die een reactie van het immuunsysteem uitlokken. Influenza A-stammen worden gekenmerkt door de variatie van hemagglutinine en neuraminidase die ze dragen, dus de oorsprong van de bekende H1N1- of H3N2-aanduidingen.

Medicijnen om het virus tegen te gaan bestaan, maar ze zijn allemaal kwetsbaar voor de voortdurende antigene evolutie van het virus. Een jaarlijks vaccin is alleen effectief als het overeenkomt met de virusstam die het lichaam infecteert. En het virus heeft het vermogen getoond om resistentie te ontwikkelen tegen een klasse van therapieën gebaseerd op neuraminidaseremmers, die neuraminidase binden en blokkeren.

De nieuwe oplossing richt zich op een aspect van infectie dat niet verandert:alle hemagglutininevarianten van influenza A moeten binden aan menselijk siaalzuur. Om het virus te vangen, het team ontwierp een dendrimeer, een bolvormig nanodeeltje met boomachtige takken die uit de kern komen. Op de buitenste takken, ze bevestigden moleculen, of "liganden, " van siaalzuur.

Uit het onderzoek bleek dat de grootte van het dendrimeer en de afstand tussen de liganden een integraal onderdeel is van de functie van het nanodeeltje. Hemagglutinine komt voor in clusters van drie, of "trimeren, " op het oppervlak van het virus, en onderzoekers ontdekten dat een afstand van 3 nanometer tussen liganden resulteerde in de sterkste binding aan de trimeren. Eenmaal gebonden aan het dicht opeengepakte dendrimeer, virale neuraminidase kan de link niet verbreken. De vacht van het virus bevat miljoenen trimeren, maar uit het onderzoek bleek dat slechts een paar schakels het virus ertoe aanzetten zijn genetische lading te ontladen en uiteindelijk zichzelf te vernietigen.

Een andere benadering, met behulp van een minder gestructureerd nanodeeltje, was eerder getest in niet-gerelateerd onderzoek, maar het geselecteerde nanodeeltje bleek zowel giftig, en kan worden geïnactiveerd door neuraminidase. De nieuwe aanpak is veel veelbelovender.

"De belangrijkste prestatie was het ontwerpen van een architectuur die is geoptimaliseerd om zo stevig aan de hemagglutinine te binden, de neuraminidase kan er niet in knijpen en het virus vrijmaken, "zei Linhardt. "Hij zit vast."