Virale infecties doden jaarlijks miljoenen mensen wereldwijd, maar de momenteel beschikbare antivirale geneesmiddelen zijn beperkt in die zin dat ze meestal werken tegen een of een handvol verwante virussen. Er zijn een paar breed-spectrumgeneesmiddelen die het binnendringen van virussen in gezonde cellen voorkomen, maar ze moeten meestal continu worden ingenomen om infectie te voorkomen, en resistentie door virale mutatie is een ernstig risico.

Nutsvoorzieningen, een internationale groep onderzoekers, waaronder UIC-hoogleraar chemie Petr Kral, hebben nieuwe antivirale nanodeeltjes ontworpen die zich binden aan een reeks virussen, inclusief herpes simplex-virus, humaan papillomavirus, respiratoir syncytieel virus en Dengue en Lentivirussen. In tegenstelling tot andere breed-spectrum antivirale middelen, die simpelweg voorkomen dat virussen cellen infecteren, de nieuwe nanodeeltjes vernietigen virussen.

De bevindingen van het team worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

De nieuwe nanodeeltjes bootsen een celoppervlakte-eiwit na dat heparinesulfaat-proteoglycan (HSPG) wordt genoemd. Een aanzienlijk deel van de virussen, inclusief hiv, gezonde cellen binnendringen en infecteren door eerst te binden aan HSPG's op het celoppervlak. Bestaande medicijnen die HSPG nabootsen, binden aan het virus en voorkomen dat het zich aan cellen bindt, maar de sterkte van de binding is relatief zwak. Deze medicijnen kunnen ook geen virussen vernietigen, en de virussen kunnen opnieuw worden geactiveerd wanneer de geneesmiddelconcentratie wordt verlaagd.

Kral en zijn collega's, waaronder Lela Vukovic, assistent-professor scheikunde aan de Universiteit van Texas in El Paso en een auteur op het papier, wilde een nieuw antiviraal nanodeeltje ontwerpen op basis van HSPG, maar een die zich steviger zou binden aan virale deeltjes en ze tegelijkertijd zou vernietigen.

Om de antivirale nanodeeltjes op maat te ontwerpen, De groepen van Kral en Vukovic werkten hand in hand met experimentatoren, virusexperts en biochemici uit Zwitserland, Italië, Frankrijk en Tsjechië.

"We kenden de algemene samenstelling van de HSPG-bindende virale domeinen waaraan de nanodeeltjes zouden moeten binden, en de structuren van de nanodeeltjes, maar we begrepen niet waarom verschillende nanodeeltjes zich zo verschillend gedragen in termen van zowel bindingssterkte als het voorkomen van virale toegang tot cellen, ' zei Kraal.

Door uitgebreide simulaties, Kral en collega's hielpen bij het oplossen van deze problemen en begeleidden de experimentatoren bij het aanpassen van het ontwerp van nanodeeltjes, zodat ze beter werkten.

De onderzoekers gebruikten geavanceerde computationele modelleringstechnieken om precieze structuren van verschillende doelwitvirussen en nanodeeltjes te genereren tot op de locatie van elk atoom. Een diep begrip van de interacties tussen individuele groepen atomen binnen de virussen en nanodeeltjes stelde de onderzoekers in staat om de sterkte en duurzaamheid te schatten van potentiële bindingen die zich tussen de twee entiteiten zouden kunnen vormen, en hielp hen te voorspellen hoe de band in de loop van de tijd zou kunnen veranderen en uiteindelijk het virus zou vernietigen.

Het definitieve "concept" van het antivirale nanodeeltje van het team zou onomkeerbaar kunnen binden aan een reeks virussen, en veroorzaakte dodelijke vervormingen voor de virussen, maar had geen effect op gezonde weefsels of cellen. In vitro-experimenten met de nanodeeltjes toonden aan dat ze onomkeerbaar bonden aan het herpes simplex-virus, humaan papillomavirus, syncytieel virus, Dengue-virus en Lentivirus.

"We waren in staat om de benodigde gegevens aan het ontwerpteam te verstrekken, zodat ze een prototype konden ontwikkelen van wat naar wij hopen een zeer effectief en veilig breedspectrumantivirus zal zijn dat kan worden gebruikt om levens te redden. ' zei Kraal.