Ze kunnen eruitzien als cellen en zich gedragen als cellen. Maar een nieuwe potentiële COVID-19-behandeling is eigenlijk een slim vermomde bedrieger, die virussen aantrekt en bindt, waardoor ze inactief worden.

Naarmate het zich steeds verder ontwikkelende SARS-CoV-2-virus begint te ontsnappen aan veelbelovende behandelingen, zoals monoklonale antilichaamtherapieën, zijn onderzoekers meer geïnteresseerd geraakt in deze "lokvogel"-nanodeeltjes. Door normale cellen na te bootsen, zuigen nanodeeltjes virussen op als een spons, waardoor ze de rest van het lichaam niet kunnen infecteren.

In een nieuwe studie probeerden synthetische biologen van de Northwestern University de ontwerpregels op te helderen die nodig zijn om lok-nanodeeltjes effectief en resistent te maken tegen virale ontsnapping. Na het ontwerpen en testen van verschillende iteraties, identificeerden de onderzoekers een brede reeks lokvogels - allemaal te produceren met verschillende methoden - die ongelooflijk effectief waren tegen het oorspronkelijke virus en tegen mutante varianten.

In feite waren lok-nanodeeltjes tot 50 keer effectiever in het remmen van natuurlijk voorkomende virale mutanten, vergeleken met traditionele, op eiwitten gebaseerde remmende geneesmiddelen. Toen ze werden getest tegen een virale mutant die was ontworpen om dergelijke behandelingen te weerstaan, waren lok-nanodeeltjes tot 1500 keer effectiever in het remmen van infectie.

Hoewel er veel meer onderzoek en klinische evaluaties nodig zijn, geloven de onderzoekers dat infusies van nanodeeltjes op een dag mogelijk kunnen worden gebruikt om patiënten met ernstige of langdurige virale infecties te behandelen.

De studie werd eind vorige week (7 april) gepubliceerd in het tijdschrift Small . In de paper testte het team lok-nanodeeltjes tegen het oorspronkelijke SARS-CoV-2-virus en vijf varianten (waaronder bèta, delta, delta-plus en lambda) in een cellulaire cultuur.

"We hebben aangetoond dat lok-nanodeeltjes effectieve remmers zijn van al deze verschillende virale varianten", zegt Joshua Leonard van Northwestern, co-senior auteur van het onderzoek. "Zelfs varianten die aan andere drugs ontsnappen, ontsnapten niet aan onze lok-nanodeeltjes."

"Terwijl we het onderzoek uitvoerden, bleven er over de hele wereld verschillende varianten opduiken", voegde Northwestern's Neha Kamat, co-senior auteur van het onderzoek, eraan toe. "We bleven onze lokvogels testen op de nieuwe varianten, en ze bleven gewoon werken. Het is zeer effectief."

Leonard is universitair hoofddocent chemische en biologische technologie aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. Kamat is een assistent-professor biomedische technologie in McCormick. Beiden zijn belangrijke leden van het Northwestern's Centre for Synthetic Biology.

'Evolutionaire rock en een harde plek'

Omdat het SARS-CoV-2-virus is gemuteerd om nieuwe varianten te creëren, zijn sommige behandelingen minder effectief geworden in de bestrijding van het steeds evoluerende virus. Vorige maand heeft de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) verschillende behandelingen met monoklonale antilichamen stopgezet, bijvoorbeeld vanwege het falen ervan tegen de BA.2-omicron-subvariant.

Maar zelfs waar behandelingen mislukken, verloren de lok-nanodeeltjes in de nieuwe studie nooit aan effectiviteit. Leonard zei dat dit komt omdat de lokvogels SARS-CoV-2 "tussen een evolutionaire rots en een harde plaats" plaatsen.

SARS-CoV-2 infecteert menselijke cellen door zijn beruchte spike-eiwit te binden aan de menselijke angiotensine-converting enzyme 2 (ACE2) -receptor. Een eiwit op het oppervlak van cellen, ACE2 biedt een toegangspunt voor het virus.

Om lok-nanodeeltjes te ontwerpen, gebruikte het Northwestern-team nanodeeltjes (extracellulaire blaasjes) die van nature uit alle celtypen vrijkomen. Ze ontwikkelden cellen die deze deeltjes produceerden om het gen voor ACE2 tot overexpressie te brengen, wat leidde tot veel ACE2-receptoren op het oppervlak van de deeltjes. Toen het virus in contact kwam met de lokvogel, hechtte het zich stevig aan deze receptoren in plaats van aan echte cellen, waardoor het virus niet in staat was cellen te infecteren.

"Om ervoor te zorgen dat het virus een cel binnendringt, moet het zich binden aan de ACE2-receptor," zei Leonard. "Loop-nanodeeltjes vormen een evolutionaire uitdaging voor SARS-CoV-2. Het virus zou een heel andere manier moeten bedenken om cellen binnen te komen om de noodzaak om ACE2-receptoren te gebruiken te vermijden. Er is geen duidelijke evolutionaire ontsnappingsroute."

Toekomstige voordelen

Behalve dat ze effectief zijn tegen medicijnresistente virussen, hebben lok-nanodeeltjes nog een aantal andere voordelen. Omdat het biologische (in plaats van synthetische) materialen zijn, is het minder waarschijnlijk dat de nanodeeltjes een immuunrespons opwekken, die ontstekingen veroorzaakt en de werkzaamheid van het medicijn kan verstoren. Ze vertonen ook een lage toxiciteit, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor gebruik bij langdurige of herhaalde toediening voor de behandeling van ernstig zieke patiënten.

Toen de COVID-19-pandemie begon, ondervonden onderzoekers en clinici een zenuwslopende kloof tussen het ontdekken van het virus en het ontwikkelen van nieuwe medicijnen om het te behandelen. Voor de volgende pandemie kunnen lok-nanodeeltjes een snelle, effectieve behandeling bieden voordat vaccins worden ontwikkeld.

"De lokstrategie is een van de meest directe dingen die je kunt proberen," zei Leonard. "Zodra je de receptor kent die het virus gebruikt, kun je beginnen met het bouwen van lokdeeltjes met die receptoren. We zouden een dergelijke aanpak mogelijk kunnen versnellen om ernstige ziekte en sterfte in de cruciale vroege stadia van toekomstige virale pandemieën te verminderen." + Verder verkennen

'Decoy'-eiwit werkt tegen meerdere SARS-CoV-2-varianten