Onderzoekers van de Pritzker School of Molecular Engineering (PME) aan de Universiteit van Chicago hebben een volledig nieuwe potentiële behandeling voor COVID-19 ontworpen:nanodeeltjes die SARS-CoV-2-virussen in het lichaam vangen en vervolgens het eigen immuunsysteem van het lichaam gebruiken om te vernietigen het.

Deze "Nanotraps" trekken het virus aan door de doelcellen na te bootsen die het virus infecteert. Wanneer het virus zich bindt aan de Nanotraps, de vallen sekwestreren vervolgens het virus van andere cellen en richten het op vernietiging door het immuunsysteem.

In theorie, deze Nanotraps kunnen ook worden gebruikt op varianten van het virus, wat leidt tot een mogelijke nieuwe manier om het virus in de toekomst te remmen. Hoewel de therapie nog in een vroeg teststadium verkeert, de onderzoekers stellen zich voor dat het via een neusspray kan worden toegediend als een behandeling voor COVID-19.

De resultaten zijn op 19 april gepubliceerd in het tijdschrift Materie .

"Sinds de pandemie begon, ons onderzoeksteam heeft deze nieuwe manier ontwikkeld om COVID-19 te behandelen, " zei Asst. Prof. Jun Huang, wiens lab het onderzoek leidde. "We hebben rigoureuze tests gedaan om te bewijzen dat deze Nanotraps werken, en we zijn enthousiast over hun potentieel."

De perfecte val ontwerpen

Om de Nanotrap te ontwerpen, het onderzoeksteam - onder leiding van postdoctoraal wetenschapper Min Chen en afgestudeerde student Jill Rosenberg - onderzocht het mechanisme dat SARS-CoV-2 gebruikt om zich aan cellen te binden:een spike-achtig eiwit op het oppervlak dat zich bindt aan het ACE2-receptoreiwit van een menselijke cel.

Om een ​​val te creëren die zich op dezelfde manier aan het virus zou binden, ze ontwierpen nanodeeltjes met een hoge dichtheid van ACE2-eiwitten op hun oppervlak. evenzo, ze ontwierpen andere nanodeeltjes met neutraliserende antilichamen op hun oppervlak. (Deze antilichamen worden in het lichaam aangemaakt wanneer iemand geïnfecteerd is en zijn ontworpen om op verschillende manieren aan het coronavirus te hechten).

Zowel ACE2-eiwitten als neutraliserende antilichamen zijn gebruikt bij behandelingen voor COVID-19, maar door ze te hechten aan nanodeeltjes, de onderzoekers creëerden een nog robuuster systeem om het virus te vangen en te elimineren.

Gemaakt van door de FDA goedgekeurde polymeren en fosfolipiden, de nanodeeltjes hebben een diameter van ongeveer 500 nanometer, veel kleiner dan een cel. Dat betekent dat de Nanotraps meer gebieden in het lichaam kunnen bereiken en het virus effectiever kunnen vangen.

De onderzoekers testten de veiligheid van het systeem in een muismodel en vonden geen toxiciteit. Vervolgens testten ze de Nanotraps tegen een pseudovirus - een minder krachtig model van een virus dat zich niet vermenigvuldigt - in menselijke longcellen in weefselkweekplaten en ontdekten dat ze de toegang tot de cellen volledig blokkeerden.

Toen het pseudovirus zich eenmaal aan het nanodeeltje had gebonden - wat in tests ongeveer 10 minuten na injectie duurde - gebruikten de nanodeeltjes een molecuul dat de macrofagen van het lichaam oproept om de Nanotrap te verzwelgen en af ​​te breken. Macrofagen eten over het algemeen nanodeeltjes in het lichaam, maar het Nanotrap-molecuul versnelt het proces. De nanodeeltjes werden binnen 48 uur geklaard en afgebroken.

De onderzoekers testten de nanodeeltjes ook met een pseudovirus in een ex vivo longperfusiesysteem - een paar gedoneerde longen die in leven worden gehouden met een ventilator - en ontdekten dat ze de infectie in de longen volledig blokkeerden.

Ze werkten ook samen met onderzoekers van het Argonne National Laboratory om de Nanotraps te testen met een levend virus (in plaats van een pseudovirus) in een in vitro systeem. Ze ontdekten dat hun systeem het virus 10 keer beter remde dan alleen neutraliserende antilichamen of oplosbaar ACE2.

Een mogelijke toekomstige behandeling voor COVID-19 en daarna

Vervolgens hopen de onderzoekers het systeem verder te testen, waaronder meer tests met een levend virus en op de vele virusvarianten.

"Dat is zo krachtig aan deze Nanotrap, " zei Rosenberg. "Het is gemakkelijk te moduleren. We kunnen verschillende antilichamen of eiwitten uitschakelen of ons op verschillende immuuncellen richten, op basis van wat we nodig hebben met nieuwe varianten."

De Nanotraps kunnen worden bewaard in een standaard vriezer en kunnen uiteindelijk worden toegediend via een intranasale spray, waardoor ze direct in het ademhalingssysteem zouden worden geplaatst en ze het meest effectief zouden zijn.

De onderzoekers zeggen dat het ook mogelijk is om als vaccin te dienen door de Nanotrap-formulering te optimaliseren, het creëren van een ultiem therapeutisch systeem voor het virus.

“Dit is het uitgangspunt, Huang zei. "We willen iets doen om de wereld te helpen."

Bij het onderzoek waren medewerkers van verschillende afdelingen betrokken, inclusief scheikunde, biologie, en geneeskunde.